چرا الکترون به داخل هسته سقوط نمی کند؟
توجيه كوانتومی:درسال 1927 ورنر هايزنبرگ يكی از مشهورترين قوانين مكانيك كوانتومی يعني اصل عدم قطعيت را ارائه كرد. اين اصل به معنای این است که نمی توان گفت که تعداد الکترون های هر لایه چقدر است اما می توان گفت احتمال حضور الکترون ها در کجای اتم بیشتر است.
بنا به اين اصل اگر x∆ عدم قطعيت در مكان و p∆ عدم قطعيت در اندازه ی حركت جسم باشد ، در هر تلاش برای اندازه گیری اين دو كميت ، حاصل ضرب دو عدم قطعيت همواره از يك مقدار ثابت (ثابت پلانک ) بزرگ تر خواهد بود .
حال فرض كنيم الكترون ، جذب هسته شده ، دقيقا بر روی هسته در يك نقطه قرارگيرد .
پس اكنون موقعيت آن به طور دقیق
مشخص شده است.
یعنی ∆x بسيار كوچك است.
بنابر اين عدم قطعيت در اندازه حركت آن ( p ∆) بسيار بزرگ می شود واين موجب می شود كه: انرژی جنبشی الكترون بسيار زياد شود!
اين انرژی جنبشی زياد با جاذبه ی الكترواستاتيكی هسته مقابله كرده از جذب شدن الكترون توسط هسته جلوگیری می كند و الكترون از هسته دور می شود .
براي درك اين محدوديت فرض
می كنيم يك الكترون رادريك جعبه ی بسيار كوچك قرار دهيم. ديواره ی جعبه دقتی را تعيين می كند كه مي توان موقعيت الكترون را با آن مشخص كرد
جعبه كوچك تر برای ما با دقت بیشتری موقعيت الكترون را مشخص می كند. اما هم چنان كه ما جعبه را كوچك و كوچكتر می كنيم، "انرژی الكترون" در يك محدوده مقادير وسيع وگسترده تری را نشان مي دهد .
اين مقدار فزونی يافته ممكن است گاه به الكترون اجازه دهد تا به ديواره ی جعبه نفوذ كند و رها شود. ناحيه ای از فضا ی نزديك به هسته می تواند مانند يك جعبه ی قیفی شكل بسيار كوچك تصور شود . جاذبه ی الكترو استاتیکی بار مثبت هسته بر روی الكترون نيز به ديواره تشبيه می شود
هنگامی كه الكترون به سمت هسته كشيده می شود جاذبه ی الکترواستاتیکی به سرعت زياد ميشود . در نتيجه اندازه ی موثر جعبه كاهش
مي يابد .
اما چون موقعيت الكترون با دقت بيشترمشخص شده انرژی آن با دقت كم تری تعيين مي شود. مفهوم آن اين است كه:
انرژي افزايش مي يابد.
انرژیای كه به اين گونه زياد مي شود به صورت انرژي جنبشی است
( گاه انرژی حبس شده نيز ناميده میشود )
واين انرژی بيشتر از مقدارمورد نیاز برای جبران كاهش درانرژی پتانسيل الكترون است (هنگامی كه به هسته نزديك می شود)
ناحيه ای از فضای نزديك به هسته كه الكترون با بيشترين احتمال در آن جا يافت می شود (اوربيتال) در اصل در يك موقعيت كاملا تعادلی بين انرژي پتانسيل وانرژی جنبشی (محبوس شده) شناور است .
