Elemento 137 - Límite teórico [duplicado]

He visto algunas fuentes que mencionan que la velocidad de un electrón en un átomo de hidrógeno es 1/137 de la velocidad de la luz. Este artículo también menciona lo que parece una correlación entre el número atómico y el numerador, lo que significa que la velocidad de los electrones del oro es 79/137 de la velocidad de la luz.

¿Esto implica que el elemento más alto posible sería el elemento 137 (o más probablemente el 136)? No me refiero a nada estable, solo lo que es posible con la física (y los hadrones).

Hay un límite ingenuo como ese, pero estrictamente hablando, los electrones no tienen ninguna velocidad dentro de los átomos. Esos números son solo estimaciones semiclásicas para sistemas no clásicos. Los electrones son relativistas dentro de cada átomo y nadie sabe lo que sucede a una Z realmente alta, simplemente no podemos calcular la teoría de estos sistemas a partir de los primeros principios. Es poco probable que haya una región estable allí arriba, ya que nunca se han observado en la naturaleza núcleos estables de esa masa.

Respuestas (1)

No.

De hecho, existe una correlación entre la carga nuclear Z de un elemento y la energía cinética de los electrones más internos, pero hay dos cosas a tener en cuenta:

  • La correlación no es lineal, por lo que no puede simplemente multiplicar la velocidad del electrón más interno por Z y espero que las cosas simplemente funcionen. El interior de un átomo grande es un lugar muy complejo, con muchos efectos dinámicos, e incluso si la energía cinética de los orbitales hidrogenados aumenta con Z 2 eso no significa que esto seguirá siendo cierto cuando hay múltiples electrones presentes. Para empezar, incluso en el helio, la energía cinética promedio de cualquier electrón no es cuatro veces la del hidrógeno, así que eso está resuelto.

  • Más importante aún, es la energía cinética la que aumenta con Z . Una vez que la velocidad del electrón correspondiente se acerca a la velocidad de la luz, debe cambiar a la expresión relativista de la energía cinética,

    mi k = metro C 2 1 − v 2 / C 2 − metro C 2 ,
    y esto puede aumentar sin límites sin dejar de mantener | v | < C . Es decir, puedes seguir agregando energía al electrón sin temor a que rompa la velocidad de la luz, por lo que tus temores son infundados.

Yendo un poco más allá, el artículo al que se vinculó es bastante engañoso en varios frentes. La presencia de efectos relativistas en el interior de los átomos ha sido perfectamente apreciada, desde la fina estructura del hidrógeno hasta efectos fuertemente relativistas en átomos más pesados ​​como la "anomalía" del mercurio líquido , que son el pan de cada día para los físicos atómicos que los estudian.

Hoy en día, y durante los últimos sesenta años, tener átomos "desviados de su comportamiento químico esperado predicho por su lugar en la Tabla Periódica de Elementos" simplemente significa que los cálculos se tomaron ingenuamente o sin el cuidado suficiente. El comportamiento descrito (el desacoplamiento de los orbitales S de Sg de la capa de valencia debido a consideraciones de energía relativista, dejando una valencia efectiva de +4 en lugar del ingenuo +6) no tiene precedentes.

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