电子跃迁的本质是什么?

丘崇坛


提问者能提出这个问题还是具有一定物理基础知识的。

有高中物理知识的读者就会知道,电子从高能级的轨道跃迁至低能级的轨道会释放能量,低能级的轨道跃迁到高能级的轨道要吸收能量,这些能量就是以光子的形式吸收或者放出的。

那么怎么去理解“跃迁”这个过程呢?

如果从经典物理的角度去考虑,就会产生这样的问题,电子从高能级轨道到低能级轨道是怎么滑过去的?是以多快的速度以怎样的方式过去的?“跃迁”两字到底如何理解,低能级的电子还是原来高能级的那个电子吗?

图释:经典力学模型

电子跃迁的本质不能从经典物理学的角度去思考,要想知道电子跃迁的本质需要从量子物理的角度去思考。

在量子物理学中高能轨道低能轨道并不是我们想象中的电子运动的实际轨道,而是高能级和低能级分别对应一种概率波。轨道跃迁并不是电子真的发生了轨道变化,而是高能级和低能级对应波函数发生了演化。

图释:量子力学模型

不过更深层次的问题,波函数到底是如何演化的,目前还在研究当中,尚不明确。

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核先生科普


  首先,原子中的电子为什么只能以某些特殊的状态围绕原子核运动呢?本人认为:这是因为原子核对电子施加了三种力:万有引力和电场力及磁场力。前二个力是想把电子拉进原子核的力,而后一个力是把电子往运动的切向方向拉的力。正是这三种力及原子核本身也在不停地运动中的共同作用,致使电子只能处于某些特定的运动状态。且这些状态与原子核的自主运动状态密切相关;

  其次,电子跃迁的本质就是原子整体的运动状态发生变化时,电子从某一运动方式变更为另一种特殊的运动方式的过程。

  再者,在原子不解体的前提下,原子可以处于很多种不同的运动状态中,这些不同运动状态的原子也可以相互换位。在此过程中,原子中的电子就必须改变自己的运动方式来适应原子状态的改变。在此过程中,电子自然会在不同运动状态间变来变去。这种变化的过程就是电子跃迁的过程,也是电子跃迁的本质因素所在。

  关于原子发光及光与介质等的相互作用关系可参阅本人的以下文章:


彭晓韬


电子跃迁的英文是electron transition,这里的transit=trans/over+it/go,字面意思是从一边去另一边,即过渡或换乘。

显然,跃迁(transition)≠突变(mutation)。电子跃迁的本意是电子从一个能级过渡到上一个或下一个能级,不是突然超距性动力学行为。

电子跃迁本质:当原子接受外加的热环境(或冷环境)时,电子绕核的进动被加速到足够大(或足够小)时,到达一个高能级(或低能级)指标。

应该指出,电子完成一个跃迁,并不是释放(或接收)一个光量子,而是一种光电效应和或康普顿散射效应。

当原子被加热或强辐射时,光子撞击电子,电子被推压高能级轨道,加大了进动半径,根据j角动量守恒定律:m₀v₁r₁=m₀v₂r₂,电子在轨速度与轨道半径成反比。

当外加辐射光达到极限频率f₀时,电子进动半径超越了原子半径,就有了光电效应。

反过来,当原子被置入超低温环境,电子进动速度会加速,进动半径缩小,发生逆光电效应,本质上是浓度扩散效应。

还要指出,虽然电子,作为实体粒子,是离散分布的,但电子近核点进动与远核点进动的速度是连续变化的,不存在激发的量子化效应。

跃迁是连续过渡的,不是超距突变的。原子光谱的超精细结构分布,就是因为电子进动速度是连续变化的。

电子变速激发不同频谱,其频率(f)未必是整数。简化的光电效应方程:½m₀v²=hf,其中电子进动速度v是连续的,频率f也是连续的。

更要指出:任何实体,只要运动,就会推涌真空场量子,激发出电磁波,这才是物质波的真实意义,但是实体本身不是波。

电子在高速运动,基态电子以2200千米/秒进动,可激发高频电磁波。原子核在低速运动大约500米/秒,激发低频电磁波。

德布鲁伊物质波公式是不可靠的。应该以爱因斯坦的光电效应方程为依据,其电磁波频率公式简写为:λ=2(m/m₀)hc/mv²=2hc/m₀v²。

此处的m₀是电子质量,v是电子随同实体运动的速度。大家可以用笔者与德布鲁伊两个公式,分别验算导弹激发的电磁波波长。就知道那个公式是逻辑自洽的。

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物理新视野


为了说明微观世界的或然性和不连续性,人们在量子力学中提出了势阱模型。这就好比一个具有一定能量的粒子落入井中,因为具有能量不会停留在井底,但能量又不够大从而受困于井中,无法逃脱出来。

然而,对于微观粒子来说,其具有与宏观物质不同的两个特殊的性质。

第一个特性是隧道效应,即便是低能粒子也有机会逃逸出来,就好像是在井壁上凿出了一条隧道。其原因在于,井壁只是粒子高速运动所形成的封闭性,具有概率性。这就相当于向电扇发射子弹,子弹无碍通过是具有概率的,大约等于子弹与扇叶速度的比值。

第二个特性是量子化条件,即粒子在势阱中的存在状态是不连续的。实际上,就是同时满足两个势阱壁的能量是不连续的,类似二元一次方程组的解,有两个不相等的解。

举个形象的比喻,电子在原子中的能级就像高层住宅🏠,电子只能根据其能量的大小待在不同的楼层居住,不允许待在非整数的楼层如1.5层居住。当原子中的电子受到了能量的激发(通电),如果能量合适则该电子获得能量搬入上层居住,如果能量不合适就拒绝接收能量或被能量赶出住所。

然而,获得能量的电子,在高层居住的治安环境并不好,经常发生偷盗。当电子的能量被偷之后,电子就无权住在高层了,被赶回底层居住。

这就是电子从激发态跃迁回基态的物理机制。偷走能量的是作为物理背景的空间量子,使该量子由原来的基态转变为激发态,成为能够引起我们人眼感应的光子。

所以,电子跃迁的本质,是高能电子通过激发空间量子,使之成为光子,将自身的能量转移给了量子空间,从而回归到低能的基态。


淡漠乾坤


写个浅显一点的答案来抛砖引玉吧。电子围绕原子核运动,可以想象成行星围绕太阳的轨道运动,内壳层电子吸收到足够的能量,这能量的来源可能是光照,可能是单纯的热传递,以至于电子可以“摆脱”原子核对其的引力产生的束缚,从而跃迁到外壳层更好的轨道上,这就是所谓的电子跃迁吧。

建议了解一下电子轨道,洪德定则,泡利不相容原理


AlexanderWDZ


什么叫跃迁,瞬间移动吗


在银河游泳


电子没有体积与质量,是依附于金属态氢离子的“磁力矩”。(太阳初级射线进入地球磁场产生金属态氢离子;磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子)

金属态氢离子的“磁力矩”切割磁力线释放电磁波(能量)的过程,就是电子的跃迁。




金童希瑞


能级变换的再平衡


智品论


我感觉是能量的变化。电子和原子核是一个整体,电子得到能量就是高能级 若是失去能量 就越迁到低能级 。我觉得不能用轨道来说事……因为在未观测的时候根本不存在轨道。


左慈哥哥


电子跃迁本质上是组成物质的粒子(原子、离子或分子)中电子的一种能量变化。


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