波尔半径指的是什么?

锑的用途2023-02-17  24

波尔半径:从原子核到外面那个电子可以运行的轨道的距离。

玻尔半径是以氢原子为模型提出的,因为外层只有一个电子,玻尔半径就定义为从原子核到外面那个电子可以运行的轨道的距离。

在玻尔理论中是氢原子处于基态时电子绕核运行所作的圆轨道的半径。是氢原子最靠近原子核的电子轨道的半径。是原子物理学中的一种长度单位。常用a表示。常用以衡量原子的大小。

氢原子拥有一个质子和一个电子,是一个的简单的二体系统。系统内的作用力只跟二体之间的距离有关,是反平方有心力,不需要将这反平方有心力二体系统再加理想化,简单化。

描述这系统的(非相对论性的)薛定谔方程有解析解,也就是说,解答能以有限数量的常见函数来表达。满足这薛定谔方程的波函数可以完全地描述电子的量子行为。

根据科学技术数据委员会(CODATA)2014年的数据,玻尔半径的值为5.2917721067(12)×1011米(即约53皮米或0.53埃格斯特朗)。

尼尔斯·玻尔于1913年提出了原子构造的玻尔模型,其中电子环绕着原子核运转。模型中提及电子只会在特定的几个距离(视能量而定)环绕原子核运转。而最简单的原子──氢原子──只有一个电子轨道,该轨道也是电子可运行的最小轨道,其能量是最小的,从原子核向外找到此轨道的最可能距离就被称为玻尔半径。

玻尔模型并没有正确地描述原子,玻尔半径还是保有了它的物理意义,代表着电子云大小的完全量子力学描述。因此玻尔半径常被用于原子物理学。

要注意的是玻尔半径并没有包括约化质量的效应,所以在其他包括了约化质量的模型中,并不能准确地等于氢原子电子的轨道半径。

这是为了方便而设的:上述方程定义的玻尔半径适用于氢原子以外的其他原子,而它们的约化质量修正值都不同。如果玻尔半径包括了氢原子的约化质量,就有需要加入一个复杂的修正值来使方程适用于其他原子。

历史

在Niels Bohr于 1913 年提出的原子结构玻尔模型中,电子在静电引力的作用下绕着中心核运行。最初的推导假设电子的轨道角动量是减少的普朗克常数的整数倍,这成功地匹配了发射光谱中离散能级的观察,并预测了每个能级的固定半径。

在最简单的原子氢中,一个电子围绕原子核运行,其最小的可能轨道,具有最低的能量,其轨道半径几乎等于玻尔半径。(它不完全是玻尔半径,因为减少质量效应。它们相差约 0.05%。)

原子的玻尔模型被 1926 年发表的遵循薛定谔方程的电子概率云所取代。自旋和量子真空效应进一步复杂化,以产生精细结构和超精细结构。

尽管如此,玻尔半径公式仍然是原子物理计算的核心,因为它与基本常数的关系很简单(这就是为什么它使用真实的电子质量而不是如上所述的约化质量来定义)。因此,它成为原子单位中的长度单位。

在薛定谔的氢原子量子力学理论中,玻尔半径代表电子位置径向坐标的最可能值,因此是电子与原子核的最可能距离。

不是

波尔半径(Bohr radius),用符号表示为a0,是一种在基准条件下围绕着氢原子核作圆周运动的电子轨迹的平均半径。这个半径是一个物理常数,约等于5.2...

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