Questa volta abbiamo cercato una curiosità scientifica :
Ciao a tutti,
Volevo sapere come un atomo di idrogeno, con un protone e un elettrone, con una carica netta pari a zero e una distribuzione di carica sfericamente simmetrica (1s), potrebbe attrarre un altro elettrone per diventa lo ione con carica netta -1e. La domanda riguarda come viene creato lo ione. Non riesco a non capisco cosa fa sì che un elettrone libero legarsi in un atomo di idrogeno neutro per formare uno ione con carica netta -1e. Da quello che so, una distribuzione di carica sfericamente simmetrica con carica netta zero non produrrebbe un campo elettrico risultante per attrarre l'elettrone libero in primo luogo. Cosa sta succedendo qui?
Grazie per l'attenzione.
Ed ecco le risposte degli esperti:
Come alcuni altri hanno già affermato, per capire veramente cosa succede all'interno di un atomo, è necessario passare alla meccanica quantistica, e anche allora descrivere uno ione H non è facile.
Fortunatamente, alcune persone intelligenti l'hanno già fatto e la risposta può essere descritta con un'analogia abbastanza semplice: gli elettroni si trovano all'incirca sui lati opposti del nucleo. Ciò significa che ogni elettrone è più lontano l'uno dall'altro di quanto lo siano dal nucleo. Poiché la forza elettrostatica dipende inversamente dalla distanza (quadrata) tra le cariche, ogni elettrone “vede” più carica positiva dal nucleo che carica negativa dall'altro elettrone.
Come puoi immaginare, questa situazione è piuttosto delicata. Ciò significa che gli ioni H sono difficili da creare e facili da distruggere, ma è possibile crearli in modo controllato.
Analogo classico: magneti si attraggono. Come mai una calamita viene attratta da un pezzo di ferro, che a riposo non ha una magnetizzazione netta? Il campo magnetico induce una polarizzazione magnetica nel ferro, dopodiché può essere attratto.
Per un atomo di H , la distribuzione della carica della nuvola di elettroni è simmetrica, ma non in un campo elettrico esterno. L'elettrone libero respinge l'elettrone legato, mentre attrae il protone, creando un momento di dipolo indotto. Quindi, l'attrazione per il protone è maggiore della repulsione dall'elettrone legato.
In generale in multi -atomi elettronici, gli elettroni sono più distanti di quanto ci si aspetterebbe ingenuamente, questo è sia il risultato delle statistiche di Fermi-Dirac che della repulsione interelettronica.
Il mio lavoro è eseguire una sorgente di ioni H per un acceleratore di particelle. In effetti ho quattro aree sperimentali separate, più un'altra ben avviata.
Ci sono due principali modi per fare H- ioni. Uno è quello di impattare l'idrogeno neutro su un materiale a bassa funzione di lavoro (cioè qualcosa disposto a rinunciare a un elettrone) e dopo aver rimbalzato all'interno alcune volte, può emergere dopo aver raccolto un secondo elettrone. Questa è chiamata “produzione superficiale” e di solito comporta il deposito di cesio su una superficie di molibdeno. Se puoi disporre di 0,6 monostrati di cesio, la funzione di lavoro complessiva è in realtà inferiore al molibdeno o al cesio di per sé.
L'altro modo è un po 'più sottile e ordinato, che chiamiamo “produzione di volume”. Nel volume del plasma stesso, lontano dalle superfici, lo dividiamo in due regioni da un campo magnetico “filtro”. A monte del filtro, relativamente veloce (intorno 15 eV) gli elettroni hanno un impatto sull'idrogeno molecolare neutro. Hanno abbastanza energia per eccitare le molecole, ma non abbastanza per dissociarle. Gli elettroni veloci vengono respinti dal campo del filtro, ma H2 eccitato e la popolazione di elettroni lenti possono diffondersi attraverso il filtro. Lì, gli elettroni lenti (pochi eV) possono avere un impatto sulle molecole eccitate, dissociandole e legandosi a uno degli atomi ora liberi per formare uno ione negativo. Non vuoi elettroni veloci a valle del filtro perché distruggeranno sia le molecole eccitate che gli ioni H di nuova formazione. Questo processo è ovviamente piuttosto delicato e richiede un po 'di finezza, ma siamo diventati abbastanza bravi nel corso degli anni.
Quindi si desidera estrarre rapidamente l'H- prima che vengano distrutti o persi nei muri. Si desidera un vuoto il più buono possibile subito dopo il plasma in modo che gli ioni accelerati abbiano meno probabilità di essere “spogliati” dalle molecole di gas residuo, quindi abbiamo un'enorme velocità di pompaggio subito dopo la sorgente.
Qualsiasi domanda chiedere. Questo è letteralmente il mio lavoro e questa domanda è il mio sogno MassimoL che si avvera!
Anche l'idrogeno neutro non può essere spiegato classicamente, quindi l'esistenza di H- è un fenomeno quantistico. Niente a priori impedisce a due elettroni di legarsi allo stesso protone per formare H-, quindi la domanda è se esiste uno stato vincolato stabile con una tale configurazione. Quello che c'è è stato dimostrato da Bethe in 1929.
In modo più interessante, a differenza di H neutro, c'è solo uno stato vincolato per H-, che non è stato dimostrato fino al 1977.
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