Perchè l’elettrone non cade sul nucleo?Quali forze governano il moto dell’elettrone e il suo equilibrio?L’elettrone non dovrebbe essere soggetto ad un qualche tipo di dissipazione dell’energia e di attrito?Se così fosse dovrebbe rallentare e cadere sul nucleo!Come stanno le cose?Grazie.

L’elettrone all’interno di un atomo è sottoposto ad un’unica forza che è quella di Coulomb.

Classicamente l’elettrone orbiterebbe intorno all’atomo su un’orbita ellittica e quindi sarebbe sottoposto ad un’accelerazione centripeta e quindi, per proprietà stesse della teoria elettromagnetica (ogni carica accelerata emette radiazioni elettromagnetiche perdendo energia) dovrebbe cadere nel nucleo.

Per fortuna alle dimensioni intra-atomiche la meccanica classica non è più valida, ma è necessario analizzare il comportamento dei sistemi tramite la meccanica quantistica. In tale ambito non si può più visualizzare il moto di un oggetto tramite una traiettoria ma lo studio della dinamica del corpo va fatta in termini probabilistici e ondulatori.

Una delle conseguenza fondamentali di questa meccanica è che i sistemi legati (cioè quelli composti da due o più particelle che non possono allontanarsi oltre un certo limite o, per essere più rigorosi, quelli in cui le interazioni danno luogo a stati con energia negativa) possono esistere solo per valori discreti, cioè numerabili, dell’energia. Quali siano questi valori discreti dipende dal sistema in esame e dal tipo di forze che si esplicano tra i suoi componenti.

Un’altra conseguenza è che vale il principio di indeterminazione: “non è possibile determinare con precisione assoluta contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella”. Questo principio ha una conseguenza importante: lo stato fondamentale (cioè quello a energia più bassa) non può corrispondere ad uno stato di particella ferma, altrimenti il principio di indeterminazione sarebbe violato, in quanto la particella sarebbe ferma in un punto e quindi sia velocità che posizione sarebbero determinate con precisione assoluta.

Questo comporta che, in un atomo, lo stato fondamentale per gli elettroni non può essere quello che corrisponderebbe all’elettrone collassato nel nucleo. Di conseguenza lo stato fondamentale deve avere energia più alta e quindi corrispondere ad uno stato a distanza finita dal nucleo. Non essendoci stati a energia inferiore, l’elettrone non può cadere nel nucleo.