Cel mai bun răspuns
Fără protoni nu am exista. Protonii din nucleul unui atom atrag numărul corespunzător de electroni. De exemplu, 6 protoni dintr-un nucleu atrag 6 electroni. Această configurație de electroni dă fiecărui element caractere diferite în componența lor. Deoarece fiecare nivel de energie exterioară a electronilor reacționează diferit, avem o combinație incredibilă de reacții. Pe măsură ce numărul protonilor crește, electronii cresc în consecință. La rândul său, atunci când nivelul energiei exterioare se îndepărtează mai mult de nucleu, influența protonului asupra electronilor devine mai slabă, ceea ce face ca fiecare element să aibă propriul său caracter. De asemenea, atunci când numărul de protoni atrage același număr de electroni pentru a completa energia exterioară acest atom particular devine stabil sau inert față de orice alt element. De exemplu, 2 protoni atrag 2 electroni și nivelul de energie exterior este plin, acesta este elementul Heliu. Un gaz inert care în circumstanțe normale nu reacționează cu niciun alt element. Deci, electronii funcționează, dar protonii opresc electronii să iasă din control prin influențarea electronilor pentru a rămâne în anumite limite.
Răspuns
Dimensiunea unui nucleu este de ordinul a 1 fermi până la 10 fermi, sau de 1-10 ori 10 ^ {- 15} m, iar electronii sunt destul de ușori în comparație cu protoni sau neutroni: au o masă de aproximativ 1/1800 la fel. Deci se poate trata nucleul ca și cum ar fi fixat atunci când având în vedere starea electronică.
Asta înseamnă, b y principiul incertitudinii Heisenberg, conform căruia un electron limitat într-un volum de dimensiunea unui nucleu ar trebui să aibă un impuls pătrat mediu rădăcină de ordinul a 20-200 MeV / c, ceea ce ar face energia cinetică a electronului mult prea mare pentru că atracția sa către protoni din nucleu pentru a-l lega acolo.
Energia Coulomb a unui electron dintr-un nucleu cu încărcare unitară la o distanță medie de fermi este de ordinul 1 MeV. Un atom de mulți electroni ar putea părea să îmbunătățească situația, deoarece există mai mulți protoni și o sarcină electrică mai mare, dar într-un atom de electroni mulți există repulsie între electronii atomici de care trebuie să se ocupe și ei.
Electroni atomici au energii de legare cuprinse între 1 eV și 100 keV.
Deci, acest lucru nu funcționează având în vedere natura interacțiunilor electron-nucleon, care sunt aproape pur electromagnetice la energii atât de scăzute.
Există, de asemenea, o limită superioară a încărcării unui nucleu, datorită producției de electroni pozitroni din câmpul electric la suprafață, care este de ordinul Z = + 137 pentru un nucleu asemănător punctului, dar oarecum mai mare pentru un nucleu de dimensiuni finite. Și astfel de nuclee foarte încărcate au o durată de viață extrem de scurtă – se despart datorită respingerii reciproce a protonilor de către Coulomb. Deci, chiar și cel mai bun scenariu – un singur electron legat de un nucleu foarte mare, foarte încărcat, nu va produce rezultatul dorit – un atom sau un ion stabil, în acest caz, cu funcția de undă electronică în cea mai mare parte a nucleului.
Forța Coulomb nu este suficient de puternică pentru a lega electronii în interiorul unui nucleu – așa că norii de electroni se extind mult mai mult decât atât.
Nu înseamnă că electronii atomici nu se găsesc niciodată în nucleul unui atom – doar că probabilitatea nu este mare.
În majoritatea cazurilor, electronii atomici sunt bine în afara nucleului, cu o probabilitate mare.