Элементы квантовой механики: корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, волновое уравнение Шреденгера.
Корпоскулярно-волновой дуализм “Любая движущаяся частица одновременно обладает и механическими и волновыми свойствами” Эта зависимость выражается уравнением:
= h/(m*),
где h – постоянная Планка; m – масса электрона (или частицы); - скорость электрона (или частицы); - длина волны.
Экспериментально волновые свойства электронов подтверждается на способности их к интерференции и дифракции; а механические – в испускании света в виде пучка частиц – корпускул (фотоэлектрический эффект).
Принцип неопределенности Гейзенберга В “Для микрочастицы атомного масштаба невозможно одновременно и точно указать координату и скорость ее движения”
q* p h/2 где q – неопределенность координат (или положения в пространстве); p – неопределенность импульса (р = m*); h – постоянная Планка.
Волновое уравнение Шреденгира.
где
- сумма вторых производных волновой ф-ции по координатам х, у, z; h – постоянная Планка; mе – масса электрона (или частицы); х, у, z – координаты трехмерного пространства, определяющие положение электрона в атоме, при условии, что ядро атома находится в начале координат; Е – полная энергия электрона; U – потенциальная энергия электрона, представляющая собой энергию электростатического взаимодействия электрона с ядром и зависящая от расстояния электрона от ядра, т.е. от координат х, у, z;
- волновая функция (или орбиталь), является основной характеристикой электрона в атоме. Кроме того, волновая функция есть функция от главного, орбитального и магнитного квантовых чисел: = f (n, l, m) где n – главное квантовое число; l – орбитальное (или побочное) квантовое число; m – магнитное квантовое число
Современная квантово - механическая модель строения атома.
квантово – механическая модель атома – это воображаемый вид атома, созданный на основе положения квантовой механики. Атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра (в состав которого входят частицы - не имеющие заряда нейтроны и положительно заряженные протоны), расположенного в центре координат трехмерного пространства и вращающихся вокруг него по сложным орбитам электронов. Электронное облако – это околоядерное пространство, в котором вероятность пребывания электрона максимально.
Атомная орбиталь – фигура, образованная движением электрона и составляющая приблизительно 95% электронного облака.
3. Квантовые числа
n – главное квантовое число – характеризует энергию электрона на энергетическом уровне и размеры электронных облаков. Принимает целые значения n [1, ]
Емкость энергетического уровня определяют по формуле N = 2n^2.
для n = 1, N = 2е ---- n = 2, N = 8е
Чем больше величина n, тем дальше находиться электрон от ядра и тем больше его энергия: Е1 Е2 Е3.... Еn Значение главного квантового числа также указывает на число энергетических подуровней, соответствующих данному уровню, - оно равно значению n.
l- орбитальное (или побочное) квантовое число – характеризует энергию электрона на энергетическом подуровне или форму электронного облака. Принимает значения l [0,n-1]. Емкость энергетического подуровня определяется как L = 2(2l-1). По форме различают атомные орбитали: n = 1; l = 0; n = 2; l = 0,1; n = 3, l = 0,1,2;
При l =0 имеем энергетический s – подуровень, которому соответствует сферическая форма атомной орбитали, называемой s – орбиталью (емкость подуровня L = 2е). При l =1 имеем энергетический р – подуровень, содержащий атомные орбитали двухлепестковой формы (объемная восьмерка), которые называются р – орбиталями (емкость подуровня L = 6е). Если l =2, то имеем энергетический d – подуровень, где форма атомных орбиталей (d - орбиталей) – четырехлепестковая (емкость подуровня L = 10е).
m – магнитное квантовое число – характеризует ориентацию атомной орбитали в пространстве. Принимает значения m [-l, 0, +l]. Для l = 0, m = 0 и следовательно s – атомная орбиталь не имеет направления в пространстве; для l = 1, m = -1,0,+1 и следовательно р – атомная орбиталь имеет в пространстве 3 направления:
для l = 2, m = -2,-1,0,+1,+2 и следовательно d – атомная орбиталь имеет 5 направлений в пространстве; для l = 3, m = -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 и следовательно f – атомная орбиталь имеет 7 направлений в пространстве.
s – спиновое квантовое число Существует еще четвертое квантовое число – s – спиновое, которое не связано с решением уравнения Шредингера. Электрон обладает собственным моментом количества движения, который получил название спинового момента, или спина. Аналогов спина в классической механики нет, это просто свойство электрона, как и любой другой микрочастицы. Спиновое квантовое число имеет два значения -1/2 и +1/2.