Vous avez raison, le modèle planétaire de l'atome n'a pas de sens quand on considère les forces électromagnétiques impliquées. L'électron en orbite accélère continuellement et irradierait donc son énergie et tomberait dans le noyau.

L'une des raisons pour «inventer» la mécanique quantique était précisément cette énigme.

Le modèle de Bohr a été proposé pour résoudre ce problème, en stipulant que les orbites étaient fermées et quantifiées et qu'aucune énergie ne pouvait être perdue pendant que l'électron était en orbite, créant ainsi la stabilité de l'atome nécessaire pour former des solides et liquides. Il a également expliqué les raies observées dans les spectres des atomes excités comme transitions entre les orbites.

Si vous approfondissez votre étude de la physique, vous en apprendrez davantage sur la mécanique quantique et les axiomes et postulats qui forment les équations dont les solutions donnent des nombres exacts pour ce qui était la première supposition d'un modèle de l'atome.

La mécanique quantique est acceptée comme le niveau sous-jacent de toutes les forces physiques au niveau microscopique, et parfois la mécanique quantique peut être vue macroscopiquement, comme avec la supraconductivité, par exemple. Les forces macroscopiques, comme celles dues aux champs électriques et magnétiques classiques, sont des cas limites des forces réelles qui règnent au microscope.

Je ne vois pas comment un électron chargé négativement peut rester en "orbite" autour d'un noyau chargé positivement. Même si l'électron tourne réellement en orbite autour du noyau, cette orbite ne se désintègre-t-elle pas finalement?

Oui. Ce que vous avez donné est une preuve que le modèle planétaire classique de l'atome échoue.

Je ne peux pas concilier les électrons en mouvement rapide requis par le modèle planétaire avec la façon dont les atomes sont décrits comme former des liens. Si les électrons zooment sur des orbites, comment "s'arrêtent-ils" soudainement pour former des liaisons.

Droite. Il existe des objections encore plus simples de ce type. Par exemple, le modèle planétaire de l'hydrogène serait confiné à un plan, mais nous savons que les atomes d'hydrogène ne sont pas plats.

Ma question ici est de savoir si le modèle planétaire lui-même répond à ces préoccupations d'une manière ou d'une autre (il me manque) [...]

Non, le modèle planétaire est tout simplement faux. Le modèle de Bohr, qui était une première tentative de rafistoler le modèle planétaire, est également faux (par exemple, il prédit un atome d'hydrogène plat avec un moment angulaire non nul dans son état fondamental).

La résolution de la mécanique quantique de ce problème peut être abordé à divers niveaux de sophistication mathématique et physique. Pour une discussion sophistiquée, consultez cette question mathoverflow et les réponses et références qu'elle contient: https://mathoverflow.net/questions/119495/mathematical-proof-of-the-stability-of-atoms

Au niveau le plus simple, la résolution fonctionne comme ceci. Nous devons complètement abandonner l'idée que les particules subatomiques ont des trajectoires bien définies dans l'espace. On a la relation de Broglie $ | p | = h / \ lambda $, où $ p $ est la quantité de mouvement d'un électron, $ h $ est la constante de Planck et $ \ lambda $ est la longueur d'onde de l'électron. Limitons-nous à une dimension. Supposons qu'un électron soit confiné dans une région de l'espace de largeur $ L $, et qu'il y ait des murs impénétrables des deux côtés, de sorte que l'électron a une probabilité nulle d'être en dehors de cette «boîte» unidimensionnelle. Cette boîte est un modèle simplifié d'un atome. L'électron est une onde, et quand il est confiné dans un espace comme celui-ci, c'est une onde stationnaire. Le motif d'onde stationnaire avec la longueur d'onde la plus longue possible a $ \ lambda = 2L $, correspondant à une superposition de deux ondes progressives avec des momentsa $ p = \ pm h / 2L $. Cette longueur d'onde maximale impose un minimum à $ | p | $, ce qui correspond à une énergie cinétique minimale.

Bien que ce modèle soit erroné dans le détail (et, en fait, concorde avec la description réelle de l'atome d'hydrogène encore plus mal que le modèle de Bohr), il contient les bons ingrédients pour expliquer pourquoi les atomes ne s'effondrent pas. Contrairement au modèle de Bohr, il a les bons ingrédients conceptuels pour lui permettre d'être généralisé, élargi et rendu plus rigoureux, conduisant à une description mathématique complète de l'atome. Contrairement au modèle de Bohr, il montre clairement ce qui se passe fondamentalement: lorsque nous confinons une particule dans un petit espace, nous obtenons une limite inférieure de son énergie, et donc une fois qu'elle est dans le modèle d'onde stationnaire avec cette énergie, elle peut '' t s'effondrer; il est déjà dans l'état d'énergie le plus bas possible.

Le traitement des électrons comme des ondes s'est combiné avec les harmoniques sphériques (image ci-dessous) pour former la base d'une compréhension moderne de la façon dont les électrons «orbitent».

Des ajustements aux équations différentielles harmoniques sphériques donnent l ' équation de Schrodinger, qui donne les modèles acceptés de structures orbitales d'électrons:

Le seul élément pour lequel l'équation de Schrödinger peut être résolue exactement (une approximation est nécessaire pour le reste) est l'hydrogène:

Ces les modèles prédisent une probabilité pratiquement nulle qu'un électron entre dans le noyau pour la plupart des orbitales. Dans les orbitales où il y a un certain temps qu'un électron passe du temps dans le noyau, on pense qu'il est énergétiquement défavorable à l'électron de se lier au proton. Si les électrons n'étaient que des charges ponctuelles, cela ne serait pas possible, mais la nature ondulatoire des électrons crée des phénomènes tels que le principe d'exclusion de Pauli qui prédisent le contraire.

En bref,

1. Le modèle planétaire de Bohr ne résout pas vraiment ces problèmes.

Bohr, un génie, vient de affirmer que les phénomènes au niveau atomique étaient une combinaison de stationnarité tout en étant sur une orbite, et de sauts quantiques discrets entre les orbites . C'était un postulat qui a donné un certain accord avec l'expérience et a été très utile pour le développement futur de la mécanique quantique uniquement parce qu'il a amené les gens à penser à la stationnarité et à la discrétion.

2 C'est totalement inutile pour discuter des liaisons chimiques. Vous avez tout à fait raison d'être mal à l'aise avec cela.

3 Ce serait étirer un point, mais vous pourriez voir la mécanique quantique de Heisenberg et Schroedinger comme le seul moyen de sauver le modèle planétaire de Bohr, en trouver une explication de la stationnarité de l'état d'un électron autour (mais plus considéré comme «en orbite») du noyau et une explication des sauts discrets en réponse à des perturbations extérieures. Mais cela exigeait de voir l'électron davantage comme une onde et donc ne pas avoir un emplacement défini le long de l'orbite.

voici une réponse du Dr Richard Feynman http://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html#Ch1-S1

Vous savez, bien sûr, que les atomes sont constitués de protons positifs dans le noyau et d'électrons à l'extérieur. Vous pouvez demander: «Si cette force électrique est si formidable, pourquoi les protons et les électrons ne se superposent-ils pas? S'ils veulent être dans un mélange intime, pourquoi n'est-ce pas encore plus intime? » La réponse a à voir avec les effets quantiques. Si nous essayons de confiner nos électrons dans une région très proche des protons, alors selon le principe d'incertitude, ils doivent avoir un moment carré moyen qui est plus grand à mesure que nous essayons de les confiner. C'est ce mouvement, requis par les lois de la mécanique quantique, qui empêche l'attraction électrique de rapprocher les charges.

Du point de vue des demandeurs, les pouvoirs explicatifs de la plupart de ces réponses semblent assez mauvais. Je préfère la réponse d'Emilio Pisanty ici: Pourquoi l'électron d'hydrogène n'est-il pas attiré dans le noyau? parce qu'il explique exactement comment le principe d'incertitude dicte les faits de cette réalité atomique.

Le problème résumé est que, si l'électron et le proton chargés et attirés tombaient l'un dans l'autre, nous saurions exactement leur position, et par le principe d'incertitude de Heisenberg, notre connaissance de l'élan serait extrêmement petite, il pourrait être n'importe quoi. Les chances donc que l'élan soit suffisamment grand pour "échapper" à cette attraction essentiellement électrostatique sont très grandes. Par conséquent, les électrons reculent à une distance moyenne du noyau. L'électron est dans la position qu'il est (ou plutôt dans la position moyenne) pour maintenir ces deux forces opposées en équilibre.

L'incertitude de Heisenberg agit comme une force de répulsion, en similitude avec l'effet de compression d'un gaz. Plus de compression = plus de recul.

Parfois, les électrons «se brisent dans le noyau» - cela s'appelle capture d'électrons et est un mode de désintégration pour certains isotopes instables.

Il n'y a pas d'orbite autour du noyau, puisque la valeur d'espérance du moment cinétique pour l'état fondamental $ \ psi_0 $ est zéro; $ \ langle {\ psi_0} \ rangle = 0 \;. $ C'est pourquoi nous ne pouvons pas parler de modèle de planète classique, comme Bohr l'a fait. Le principe d'incertitude de Heisenberg empêche également les électrons d'avoir des orbites bien définies. L'électron est juste quelque part à l'extérieur du noyau.

Puisque le proton est chargé positivement et que l'électron l'est négativement, ils ont une force de Coulomb attractive. Mais de minuscules particules quantiques, en tant qu'électrons, se comportent comme des ondes et elles ne peuvent pas être compressées en un volume trop petit sans augmenter leur énergie cinétique. Donc, l'électron sur son état fondamental $ \ psi_0 $ est sur un état d'équilibre entre la force de Coulomb et l'étrange pression quantique.

Les électrons ne percutent pas le noyau d'un atome. La raison est profondément enracinée dans la mécanique quantique. Selon le principe d'incertitude de Heisenberg, l'incertitude de position et de momentum est liée par $$ \ Delta x \ Delta p_x \ geqslant \ hbar / 2 $$ Lorsque l'électron se rapproche du noyau, l'électron est confiné dans une plus petite région de l'espace de sorte que l'incertitude de position $ \ Delta x $ diminue. En conséquence, l'incertitude de momentum $ \ Delta p_x $ augmente. Cela signifie que les électrons ont une énergie supérieure à la moyenne et que le système s'écarte ainsi de l'équilibre. Si l'électron tombe dans le noyau, c'est-à-dire $ \ Delta x \ rightarrow0 $ , alors $ \ Delta p_x \ rightarrow \ infty $ qui implique une énergie infinie. Ainsi, afin de maintenir la stabilité du système, les électrons essaient de rester à l'écart du noyau.

Cependant, si l'électron parvient à s'écraser dans le noyau, il gagnerait une quantité infinie d'énergie selon le principe d'incertitude qui n'est pas pratique à se produire dans la nature.

Une planète en orbite autour d'une étoile avec une excentricité inférieure à l'unité devrait perdre de l'énergie cinétique pour s'enrouler dans l'étoile.Cela pourrait se produire à long terme pour un système planétaire en raison de l'émission de rayonnement gravitationnel, et en raison des forces de marée, du réchauffement de l'étoile ou de la planète suivi d'un refroidissement radiatif.En mécanique quantique, cela ne peut pas arriver.

Si la planète a une excentricité égale à l'unité, analogue à une orbitale s, elle s'écrase directement dans l'étoile où son énergie cinétique est convertie en chaleur. Encore une fois, en mécanique quantique, cela ne peut pas arriver.

Que la mécanique quantique explique pourquoi, ou seulement comment, par construction, un tel effondrement atomique ne se produit pas est une question d'interprétation. Notez que la capture d'électrons par certains noyaux comme discuté dans d'autres réponses nécessite que l'interaction faible soit prise en compte.J'interprète la question originale comme portant sur n'importe quel noyau, pas seulement sur ceux susceptibles de capturer des électrons.

Si toutes ces réponses sont fondamentalement correctes, en particulier en ce qui concerne Schrödinger et le modèle de coquille d'électrons, il existe un moyen très basique de désintégration radioactive, celui de la capture d'électrons, qui n'a pas encore été discuté. Oui, en effet, les électrons en orbite autour de l'atome peuvent être capturés dans le noyau. (Pour référence, voir http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_capture) La capture d'électrons est un processus dans lequel un nucléide riche en protons absorbe un électron atomique interne, transformant ainsi un proton nucléaire en un neutron et provoquant simultanément l'émission d'un neutrino électronique. Diverses émissions de photons suivent, alors que l'énergie de l'atome tombe à l'état fondamental du nouveau nucléide. La capture d'électrons est un mode de désintégration courant pour les isotopes avec une surabondance de protons dans le noyau. Ce qui est intéressant à propos du phénomène de capture d'électrons, c'est qu'il ne dépend pas des électrons du nuage d'électrons de l'atome, mais plutôt du noyau. Ainsi, on ne peut ignorer le fait que le comportement de capture d'électrons dépend uniquement du noyau et non des électrons. Par exemple, si le noyau est, par exemple, du carbone-9, 100% de cet isotope se désintègrera par capture d'électrons en 9-bore. Pourtant, le carbone 14, qui a la même charge électrique et le même nombre d'électrons dans un nuage d'électrons configuré de manière identique, ne se désintègre jamais par capture d'électrons. La physique quantique, surtout lorsque la réponse se concentre sur les électrons de l'atome, a du mal à expliquer le comportement de la capture d'électrons avec une crédibilité suffisante. Donc en réponse à votre question, les électrons tombent effectivement dans le noyau, via le phénomène de capture d'électrons, mais ce comportement ne peut pas être expliqué en examinant la physique quantique des électrons.