题目

在原子中,电子绕原子核移动时,速度是多少?
是＞光速,还是=光速,还是＜光速?

提问时间：2020-06-13

答案

基态原子的核外电子速度是小于光速的,不可能大等于光速.
以s电子为例,s电子是轨道为圆形的电子.其它的诸如p电子、d电子、f电子还要计算其轨道角动量引起的能量,较为复杂；虽然如此,但是我们可以求出一个最大速度,只要最大速度小于光速,那么,其它的速度也就小于光速了.
对于氢原子,其核外电子的能量E=Eo/n²,其中Eo=13.6eV,n是主量子数,n=1、2、3、4、5、6、7对应7个周期.
显然,Emax=Eo=13.6eV,(Vmax)²=2(Eo)/m=2×13.6(eV)×1.6×10^(-19)(J/eV)/[9.1×10^(-31)(Kg)]≈4.7824×10^12m²/s²,即Vmax=2186873.93m/s.
除开氢原子,以目前发现的原子序数来看,不同的原子对应的最大Vmax是不一样的,因为就拿He原子来说,两个质子的作用就使得其Vamx比H大了一倍!
所以,对于一个原子序数为118的Uuo大原子,它的Vmax就比氢大了100多倍,但是,很明显,即便如此,这个Vmax还是要小于光速的,而且这时候的相对论效应变得重要起来,因为原子序数增加的速度不再与其成正比,而是略有点如y²=x的架势,简而言之,这时候的Vmax=Za(Vhmax)【其中Z是原子序数,即核电荷数,a是一个在区间(0,1)之间的小数,Vhmax是氢原子的第一层轨道1S上的电子绕核速度.】