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为什么高中物理还在教授波尔原子模型内容

已有 479 次阅读 2019-6-26 09:15 |系统分类:科研笔记| 波尔模型, 力学稳定性, 化学键, 原子结构, 高中物理

波尔原子模型现在还是高中物理的教学内容。

我们知道波尔模型仅仅适合于氢原子,因为氢原子是单个电子的,对于氢原子之外的任何原子都不适用。二个电子的氦原子就不适用。

这个模型是明显错误的,按这个模型组成的原子系统没有力学稳定性,原子不可能这样存在。氢原子是碰巧的特例,因为只有一个电子。

氢原子有力学稳定性,按库伦定律,质子电子的引力提供向心力,能够让电子在轨道上稳定运转。但这是一个巧合,也是物理学家们受到太阳系行星模型的类比得出的模型。


对于有2个电子的氦原子,这个模型就无法提供力学稳定性,就是2个电子无法稳定地围绕原子核运转。

原因很简单:因为2个电子之间也有很大的作用力存在,力的大小和电子和原子核的受力是一个级别。

我们太阳系能稳定在这里存在,是因为这些行星距离足够远,他们之间的万有引力和太阳的引力比近似被忽略。而多个电子绕核心运转时候,他们之间的排斥力不能忽略。

对于大原子更容易理解这种电子之间的强大作用力让原子在力学上不能稳定。核外一群有巨大排斥力的电子在绕圈,怎么绕才能使得原子稳定存在而不解体?


还有一个就是,波尔模型也无法组成分子(比如2个氢原子组成氢气分子)。任何一个电子无法近距离围绕2个原子核绕圈,也存在没有力学稳定性的问题。

这个和双星系统无法具有近距离的公共行星一个道理。双星系统要么有自己的行星,要么是行星足够远,就是绕圈半径远大于双星之间的距离。这时候行星可以把双星的质心近似为单个恒星。
所有的按波尔模型设想的核外电子绕2个或2个以上的原子核旋转组成化学键的猜想都是错误的。
波尔(不仅仅他,当时的很多物理学家)受到行星模型的误导,得出的这样一个仅仅适用于氢原子的错误模型。

而仅仅适合单个电子的氢原子的模型,一定不是正确的原子结构。



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