Elektronun orbitaller arasında sıçrama hızı nedir?

Aslinda zannettiğimiz gibi bir sıçrama söz konusu değil yani gerçekten elektron enerji aldı diye "oh benim enerjim yüksek bir üst kata çıkayım" demiyor, biliyorum biz de bu şekilde anlatıyoruz ama gerçekte olan şey elektronun enerji seviyesinin değişmesinden ibaret. Açıklayalım:

Kuantum sıçraması fikri oldukça yanıltıcıdır ve genellikle yanlış anlaşılır. Her şeyden önce, bir elektron bir kuantum nesnesidir. Bu nedenle aynı anda hem dalga hem de parçacık olarak hareket eder. Bir atomun parçası olarak bağlandığında, bir elektron çoğunlukla bir dalga gibi davranır. Bir atomik elektron, "yörüngeler" adı verilen bulut benzeri dalga şekillerine yayılır. Bir atomun çeşitli yörüngelerine (örneğin hidrojen atomuna) yakından bakarsanız, hepsinin uzayda örtüştüğünü görürsünüz. Bu nedenle, bir elektron bir atomik enerji seviyesinden başka bir enerji seviyesine geçtiğinde, gerçekte hiçbir yere gitmez. Sadece şekil değiştirir. Daha fazla dalgalanmaya sahip yörünge şekilleri (şekline göre daha fazla yüksek, alçak ve bükülmüş) daha fazla enerji içerir. Başka bir deyişle, bir elektron daha düşük bir atomik enerji seviyesine geçtiğinde, dalga şekli daha az bükülme olacak şekilde değişir. Ancak elektron hiçbir yere "sıçramaz". Bir elektronun atomdaki dalga davranışı, bir gitar telindeki klasik dalgaların davranışına çok benzer. Bir gitar telini kopardığınızda, sesi oluşturan teldeki duran dalgaların frekansını değiştirmiş olursunuz. Belirli bir ip, sadece belirli tipte duran dalgaları deneyimleyebilir, çünkü ip her iki ucundan da sıkıştırılır. Belirli bir dizide izin verilen dalga türlerine "harmonikleri" denir. Bir telin harmonikleri, telin uzunluğuna, gerilimine ve kütle yoğunluğuna bağlıdır. Belirli bir gitar teli (uzunluk, gerilim ve kütle) bu nedenle yalnızca harmoniklerinin bir kombinasyonu olan belirli bir ses türünü çalabilir. İpi nasıl kopardığınız konusunda çok dikkatli olursanız, bir nota oluşturabilirsiniz. Benzer şekilde, belirli bir atomda mümkün olan ayrık elektron orbitalleri kümesi, etkin bir şekilde atomun harmonikleridir. Elektron, enerjiyi emerek ve daha fazla bükülerek daha yüksek bir harmonik dalga şekline geçebilir veya enerji yayarak ve daha az bükülerek (gevşeerek) daha düşük bir harmonik dalga şekline geçebilir. Bu noktada anlaşılmalıdır ki, bir atomda geçiş yapan bir elektron, uzayda bir yerden başka bir yere herhangi bir sıçrama yapmaz. İkinci bir benzetme yaparak bitirelim: Ahtapotun bütün ayaklarını kendine çektiğini düşünün misminicik yer kaplar, sonra bacaklarını açtığında daha büyük yer kaplar aslında ahtapot bir yere gitmemiştir sadece şekli değişmiştir. ^[1]

Anında değil elbette. Elektronun bir seviyeden diğerine geçişi, orada kalışı ve geri dönüşü hep belirli zaman aralıklarında oluyor. Elektronun bir üst seviyeye uyarıldığında 10^(-8) saniye mertebesinde bir zaman aralığında orada kalır. Yani bir saniyenin 100 milyonda biri. Elbette bu değer, sıcaklığa, atom türüne vb. ne bağlı. Yarı klasik model ile ele alındığında elektron n=1 seviyesinden n=2 ye uyarıldığında, buradan n=1 e geri dönesiye kadar yaklaşık 8 milyon tur atar çekirdek etrafında. Elbette bu yarı klasik bir model olduğundan gerçeği yansıtmıyor tam anlamıyla, ama zaman algısını oluşturmak için güzel bir örnek. Bu örnek, üniversite fizik bölümlerinde okutulan modern fizik dersi kitaplarından biri olan "Concepts of Modern Physics : Arthur Beiser" dördüncü bölümden (4.5).