這些常看到的原子模型其實是錯的!

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謝啦,量子力學怪現象。

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如果你現在把”原子”放到Google圖像搜索,差不多所有你會得到的是一堆點擊式的行星模型。過分簡化的原子結構圖像,看起來像是行星在環繞中心處的恆星。

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跟它同樣重要的是,要有一個簡化模型,這樣才能夠學習原子結構的基礎。原子的行星模型是非常錯誤的,任何有電子環繞核心的原子,像是會很快地自我崩潰並且逐漸消失。

儘管事實上,行星模型或拉塞福(Rutherford)模型是在一個多世紀前設計出來的,然後很快地被波耳(Bohr)模型所取代,這是另一個類似的過分簡單化圖像。但它依然存在於大眾意識中,沒有逐漸消失的跡象。

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如同在下面科學秀(SciShow)的其中一集裡所解釋,在1913年,藉由廢除行不通的螺形軌道,波耳模型改善了行星模型,並且用同心圓取代它們,讓被限制的電子的不同能階可以看得見。

但儘管我們經常看到這種模型在高中被用來教授有關原子價(valency),它根本沒有說明整個真相, 即使你有考慮到簡化的版本。

舉個例子,這個模型是在超過十年前所設計出來的,甚至在物理學家知道中子在那裡之前。而且如果你想要正確地表示一個原子,它們是很重要的。

然後有量子力學怪現象,敘述:a)電子根本不需要環繞原子核;以及b)在特定的時間,它們甚至不真的存在於特定的地點。

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Olivia Gordon在下面的影片中解釋:「相反的,在更大的區域內,它們有一點同時出現在很多不同的地方。然後,當你在測量一個電子時,它突然出現在這個區域內的一個特定地點。」

「這是一個怪異的觀念,非常不同於我們通常經歷這個世界的方式;但這是量子力學給你的。」

一個更準確描述原子、同時依然保持簡單的方法是:描述環繞原子核的空間,像是一個黑暗的’電子雲’。

這基本上說明電子可以在任何時間飄移,而不是意味著它們已經設定好位置:

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SciShow

值得讚揚的是,波耳模型指出電子在任何時候出現的最高機率。因此,儘管電子雲模型是最準確的方法,以簡單易懂來描述原子,但它不會讓其他方法沒有用。

關於這些不同模型,很酷的是,如果你正想要專注於化學鍵或者電子通常出現在哪裡,你可以使用電子雲模型來告訴你。然而波耳模型能夠告訴你一個特定原子的能階和輻射。

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甚至是可怕的行星模型,也可以教導電子軌道的基礎。但要記住的是,真相比那漂亮的圖片更有趣。如果你想要一張原子結構的真正圖片,我們現在也有

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有史以來第一張氫原子的軌道結構圖。APS/Alan Stonebrakere

來源:ScienceAlert