Pojem "elektronová struktura" je, popravdě řečeno, poněkud
kryptický a zavádějící. Nějak sám nevím, proč se používá. Nejspíše z
historických důvodů, tak už tomu obvykle bývá. Za prvé: nejde o
"strukturu elektronu", jak by asi člověka zpočátku napadlo. Fyzika -
pevnolátníka(*)
nezajímá elektron jakožto elementární částice, neví tudíž nic o
různých leptonových číslech a supersymetriích a podobných věcech. V
těchto pojmech se vychrochtává fyzik elementárních částic, neboť právě
on se zabývá strukturou elektronu. Nechává si ovšem - opět z
historických důvodů - říkat "fyzik vysokých energií". Neboť právě ten
se totiž ve skutečnosti zabývá strukturou elektronu.
Mylná je ovšem i
představa, že pojem "elektronová struktura" je přímou analogií
krystalové struktury a že vlastně tedy jde o popis prostorového
rozložení elektronů v pevné látce. Nebo že snad zkoumáme jakési
prostorové útvary čili struktury vytvářené elektrony (místo kostkami
Lega).
Dobrá, napsal jsem co pojem elektronová struktura v chápaní pevnolátkařů neznamená. Než se na věc podíváme poněkud pozitivněji, bude asi nutné předeslat pár poznámek:
Tak - teď už víme úplně všechno. Ještě si klasifikaci toho, co lze najít uvnitř pevné látky, zrekapitulujme:
A teď pozor:
Poslední
|
Než se dostaneme do finále (už to nebude dlouho trvat, vydržte!), musíme si něco říct ještě o jedné věci, která je např. mezi filosofy snad ještě populárnější než mezi fyziky: Ano, mám na mysli Heisenbergův princip neurčitosti.
Heisenbergův princip neurčitosti vystihuje zvláštní povahu elementárních částic a vůbec všech objektů, u nichž nelze zanedbat efekty kvantové mechaniky. Říká asi tolik, že kvantový systém (rozuměj elektron) lze úplně popsat buď zadáním jeho rychlosti nebo zadáním jeho polohy, ale nikoliv obou těchto charakteristik současně. To je proti běžné skutečnosti makrosvěta podstatný rozdíl: Policejní radar změří nejen rychlost Vašeho vozu, ale i jeho okamžitou polohu. Přestavte si, že by Vás zastavila hlídka s tím, že změřili, že jste jeli osmdesátkou - jenže by nebyli schopni s jistotou říct, zda to bylo ještě "před cedulí" nebo už za ní ... Tak přesně k tomu by docházelo, kdyby se auta chovala jako elektrony!
Tahle podivná vlastnosti elektronů je přímým důsledkem jejich
vlnové povahy. Někdy se hovoří též o dualismu vlna - částice.
Skutečný elektron si totiž nelze ve skutečnosti představovat jako
kuličku, ale spíš jako vlnu, či ještě lépe jako kus vlny. A u vlny se
také nedá pořádně říct, kde začíná a kde končí, že ano?
Má smysl ptát se na barvu hněvu? Nebo na sílu brambor? Či na
poloměr dveří? Zkrátka - otázky, které si klademe, musíme přizpůsobit
tomu, co zkoumáme. Zkoumáme-li elektrony v pevné látce, správná
otázka zní: Jaké jsou rychlosti
a energie elektronů, které můžeme v téhle pevné látce potkat?
Kolik z nich má rychlost a energii takovou a kolik jich má rychlost a
energii makovou? To je to, na co má smysl se
ptát.
Abych to trochu zkomplikoval: Ono ve skutečnosti má smysl ptát
se i na spoustu dalších věcí, a mimo jiné i na to, jaká je
pravděpodobnost výskytu takových či makových elektronů v daném místě,
což je v podstatě ta výše odmítnutá otázka "kde ten elektron je",
akorát formulovaná chytřeji. Ale ono je to tak trošku zaobalené a já
bych se do toho nerad zaplétal.
Takže teď už nic nám už nebrání říct si, co chápeme pod pojmem
elektronová struktura pevných
látek:
Elektronová struktura pevných látek popisuje, kolik elektronů má ve zkoumaném vzorku určitou energii a určitou rychlost, připadně s jakou pravděpodobností se elektrony tohoto druhu nacházejí v určitém místě. |
(*)Ano, i pevnolátník zní divně. Někdy se místo toho říká pevnolátkař, což z lingvistického hlediska taky nic neřeší. Ovšem ať řeknete jedno nebo druhé, každý odborník bude hned vědět, o čem hovoříte. Takže vo co go? [Zpět na odkaz v textu]
(**)Pro jistotu dodám, že tahle představa je samozřejmě velmi zjednodušená a tak dále a že pokud bych nedokázal k atomu přistupovat také jinak, než jak zde popisuji, tak bych toho asi mnoho nevybádal. To podotýkám jen tak pro jistotu, aby jste si někdo náhodou nemysleli, že svými daněmi podporujete "vědeckou" činnost někoho, pro něhož je atom nabitou kuličkou a nic víc. [Zpět na odkaz v textu]
(+)Ve skutečnosti ani ionty nejsou úplně nehybné, nýbrž kmitají kolem svých rovnovážných poloh. Tohle kmitání je tak pomalé, že je při studiu elektronů můžeme směle zanedbat. Je však velice podstatné např. pro tepelné vlastnosti pevných látek - právě do těchto kmitů iontů "ukládá" krystal tepelnou energii. [Zpět na odkaz v textu]
|