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為什麼電子不會掉入原子核中?

原子中的電子確實進入了原子核。事實上,處於s態的電子易於在原子核處達到頂峰。電子不是小球,不會在靜電吸引下進入原子核。相反,電子是量子化的波函數,在空間中擴散,有時可以表現像粒子。

一個原子中的電子會根據它的能量擴散,能量越多的組態就越分散。所有的電子態都與原子核重疊,所以電子「落入」或「進入」原子核的概念是沒有意義的。電子總是一部分在原子核中。

「為什麼原子中的電子不被限制於原子核中?」答案是「它們會」。電子可以集中於原子核中,但是需要一個相互作用才會發生。這個過程被稱為「電子俘獲」,它是一種重要的放射性衰變模式。

在電子俘獲中,原子中的電子被原子核中的質子吸收,將質子轉變成中子。電子一開始是一個普通的原子電子,它的波函數在原子中擴散並與原子核重疊。

後來,電子通過重疊部分與質子發生反應,坍縮成原子核中的一個點,當它成為新中子的一部分時,就消失了。因為原子現在少了一個質子,所以電子俘獲是把一個元素變成另一個元素的一种放射性衰變。

為什麼電子被限制於原子核中很少見?因為需要原子核中的相互作用來完全控制一個電子,但通常沒有與電子相互作用的物質。

如果原子核中有過多的質子,電子就會通過電子俘獲與原子核中的質子發生反應。當質子數過多時,一些外層質子就會結合的比較鬆散,可更自由地與電子發生反應。但是大多數原子沒有太多的質子,所以電子就沒能發生相互作用。

因此,一個穩定原子中的電子都保持在其散開的波函數形狀中。每個電子繼續在原子核周圍流動,不會有任何與之相互作用的質子使其坍塌於原子核內。這也是一件好事,因為如果電子俘獲更常見,物質就不會穩定而是會坍縮成一小部分原子核。


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