Найкращий спосіб зображення атома

Атом (від дав.-гр. ἄτομος — «неподільний») — з хімічної точки зору найменша, електронейтральна, хімічно неподільна частинка речовини.

Атомні орбіталі довгий час були джерелом розчарування для мене.
З одного боку, у вас є прості мультяшні діаграми, які змушують їх відчувати себе доброзичливі ...
але настільки різноманітні й розпливчасті, що залишають поза передачею нічого, крім основної ідеї що в атомів є ядро і кілька електронів.
Деякі намагаються взяти мультяшні діаграми й зробити вони здаються більш випадковими або «квантовими» - що є поліпшенням - але вони все ще дуже справедливі мультфільми, які замінять розпливчасте уявлення про «атом».
З іншого боку, у вас є атомні орбіталі зображені у вигляді пухнастих хмар, повітряних куль або райдужних пончиків, що виразно більше технічно точний (або технічно натхненний), але жоден з них не дає мені сенсу про те, що насправді відбувається - наприклад, яке відношення ці плями мають до обертових часток?
Електрон всередині нього?
Або на поверхні?
Чому у деяких з них більше плям, а в інших пончиків?
І чому деякі пончики мають колір веселки?
Я хочу знати, як виглядає атом!
І я хочу, щоб ця картина дійсно мала якесь відношення до найдрібнішої реальності атомів (Оскільки вони дійсно справжні).
Ви знаєте, як діаграма сонячної системи й те й інше карикатура, яка не відповідає масштабу, але разом з тим представляє реальну ідею про те, що планети все обертаються навколо Сонця приблизно в одній площині, і що деякі знаходяться далі, а деякі ближче; і якщо він анімований, ми побачимо, що найближчі планети завершують їх орбіти частіше.
Гарна картинка!
А ось для атомів я хочу хорошу картинку.
Є кілька речей, які я хотів би передати на цій картинці.
Деякі з них, тому що вони важливі для фізики атомів, а деякі з них, тому що вони питання, на які мій мозок хоче відповідей.
Типу: Де електрон?
Як швидко він рухається по орбіті?
Скільки в ньому енергії?
Наскільки велика картинка в порівнянні з іншими картинками?
Звичайно, хвильова природа квантової механіки означає, що деякі з цих ідей (наприклад, положення електрона) не транслюються в точності з нашої повсякденна інтуїція в атомному масштабі ...
Але є спосіб думати про дуальність хвиля-частинка, де ви уявляєте хвильову функцію як пучок води, а частка як порошинка в цій воді; частка в основному орієнтується на те, де вода йде (і вода управляється рівняннями, які визначають, як поводиться вода в залежності від по його обставинам).
І якщо ви застосуєте математику цієї ідеї до атомних орбіталей, а потім візуалізувати його в 3D, ось що ви отримаєте.
Хіба це не красиво?
Ось ще один.
І інший.
Фактично, я зробив їх купу.
А також вони все заворожують і красиві, і не є основним станом атома водню просто так мило?
І хіба порушені стани не такі величні?
В них, мені це подобається.
Ви можете бачити закономірності на орбіталях, ви можете відчути, що вони насправді ЯВЛЯЮТЬСЯ орбіталями (я маю на увазі, щось обертається по орбіті!).
Добре, я повинен прояснити: крапки не кожен представляє окремий електрон - вся сукупність репрезентує хвильову функцію одного електрон, а окремі точки представляють всі місця, в яких може перебувати електрон (вища щільність точок означає більш високу ймовірність присутності електрона).
Електрони з великою кількістю енергія, швидше за все, буде далеко від ядра, тому орбіталі з більш високою енергією більше. Рух точок показує «потік» хвильової функції, і СПРАВДІ відповідає ступеню з його дійсним кутовим моментом, хоча це не траєкторії електронів.
Якщо ви не думаєте Бомівської траєкторії реальні (в цьому випадку вони дійсно є траєкторіями електронів!).
Я дозволю з цим борються філософи фізики.
Але річ у тому, що ці візуальні ефекти створені уявлення реальних електронних хвильових функцій візуальною мовою, зрозумілою нашому мозку - це об'єкти, світло, тіні й рух в тривимірному просторі.
Насправді є щось на орбіті!
І вони красиві!
Сподіваюся, вони тобі теж подобаються.
І останнє - я на 100% розумію, що ці намалювати непросто.
Отже, якщо вам потрібно карикатурне зображення атома, це просто, але більш докладно засноване на атомній фізиці, ось моя пропозиція: воно засноване на трьох «P» орбіталі (ті, що з блоку «P» періодичної таблиці): одна з них має електрон обертається в одну сторону, в іншу - в протилежну, а в третій - електрон рухається по тій же орбіті. кількість, але навколо деякого перпендикулярного напрямку, і ми не можемо знати, в якому саме, тому точки НЕ рухаються по середній орбіті, і чому я намалював пунктиром і знак питання для збоку коло.
І якщо ви хочете, ви можете додати електрон на кожну орбіталь - або два електрони, якщо один орієнтований, обертання вгору, а інше - вниз.