Неорганическая химия. Часть 1. Теоретические основы химии. Николаева Р.Б. - 35 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СФУ | Красноярск

Составители: 

Рубрика: 

35
3. Не объясняет всех деталей спектра атомов, например, различную интенсив-
ность линий даже в случае водорода.
Современной атомной моделью является квантово-химическое описа-
ние состояний электронов в атоме, которое основано на следующих положениях:
I. Квантование энергии излучения
1
. Оно объясняется, в частности, нали-
чием
строго определенных состояний е в атоме. Разность энергий этих состоя-
ний равна кванту энергии E (излучаемой или поглощаемой при переходе электрона
из одного состояния в другое), которая рассчитывается по формуле Планка:
ν
=
hE.
В этой формуле
λ=ν /c
(ν и λ – частота излучения и длина волны, соответствен-
но, c – скорость света, равная
8
103 ⋅ м/с), а h – постоянная Планка
(
34
10626,6
−
⋅ Дж⋅с), которая, как и c, является фундаментальной константой природы
и представляет собой наименьшее значение действия.
II. Принцип неопределенности Гейзенберга. (Установлен в 1927 г.). Его
суть: при малых значениях массы частицы (m) нельзя одновременно с достаточной
точностью определить и ее скорость (
υ
), и ее координату (
x
), т.к.
)m2/(hx
π
=υ∆∆
(где
∆ – погрешность определения). В частности, для е (
31
1011,9m
−
⋅= кг):
4
10)m2/(h
−
≈π и при 001,0x =∆ нм или
12
10
−
м (это точность определения радиуса
атома) получим
8
10=υ∆ м/с. В то время как
υ
электрона в атоме порядка
76
1010 − м/с, т.е. меньше, чем погрешность
υ
∆
. Поэтому в квантовой химии не оп-
ределяют траекторию движения
е, а лишь рассчитывают вероятность его нахож-
дения в той или иной точке пространства вокруг ядра, т.е. используют вероятност-
ный (статистический) метод описания.
III. Двойственная природа электрона. Хотя е имеет заряд и ненулевую
массу покоя (т.е. проявляет свойства
корпускулы), но обладает и явно выражен-
ными
волновыми свойствами. Его длина волны может быть рассчитана по уравне-
нию Луи де Бройля:
υ=
λ
m/h. (Уравнение легко выводится из формулы Планка и
соотношения Эйнштейна:
2
mcE =
, если вместо c подставить
υ
). Закон де Бройля
(открыт им в 1924 г.) утверждает, что любая частица, а не только фотон, имеет кор-
пускулярно-волновой характер движения. Так, экспериментально обнаружена ди-
фракция не только электронов, но и нуклонов, атомов гелия, молекул водорода и др.
Чтобы отразить
волновой характер движения электронов в атоме, Шредингер
в 1926 г. предложил для описания его состояния использовать
уравнение сфери-
ческой стоячей волны
, которое отражает периодические изменения волновой
функции в трехмерном пространстве атома.
Уравнение Шредингера
2
связывает волновые свойства электрона (Ψ ) и его
энергетические характеристики (E), поэтому коротко может быть записано следую-
щим образом:
Ψ=Ψ
−
EH,
где
−
H – оператор Гамильтона, который, в частности, показывает, что состояние
электрона в атоме описывается дифференциальным уравнением (производными
Ψ
2-го порядка по всем осям координат).
1
Квантовая теория предложена М. Планком в 1900 г.
2
Это уравнение является для микромира тем же, что и закон Ньютона для макротел

Страницы