ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Корпускулярно-волновые свойства микромира из "Неорганическая химия Издание 2" В основе современной теории движения микрообъектов лежит представление об их двойственной природе. Установлено, что микрообъекты ведут себя и как частицы, и как волны. [c.49] Волновые и корпускулярные свойства света. Впервые двойственная природа микрообъектов была установлена для света. С одной стороны, для него характерны явления интерференции и дифракции, что присуще любому волновому процессу. С другой стороны, имеются факты, которые указывают на корпускулярные свойства света. К ним относится фотоэффект — явление испускания металлами и полупроводниками электронов под действием света, открытое в 1889 г. Столетовым. [c.49] Вычисленная длина волны равняется длине окружности первой боровской орбиты с Гб = 0,053 нм. [c.50] В нашем изложении, по-видимому, более важно отметить, что длины волн электрона в атоме имеют один порядок с размерами атома, т. е. движение электрона в атоме можно описывать с позиции его волновых свойств. [c.50] Л1ожно было бы попытаться наблюдать за -электроном с помощью фотонов инфракрасной области спектра, которые имеют очень малую энергию. Тогда, в принципе, мы смогли бы определить скорость. Однако вследствие того, что чувствительность приборов тем меньше, чем больше длина волны света, мы не сможем точно определить положение электрона. И действительно, инфракрасное излучение имеет длины волн порядка нескольких тысяч ангстрем, а размер электрона — тысячные доли ангстрема. [c.51] Ах — неопределенность (ошибка) в положении электрона. [c.51] если положение электрона будет определено с точностью см, то неопределенность в скорости составит 58 000 км/с (это при скорости электрона в 2000 км/с). [c.51] Следует отметить, что принцип неопределенности нужно понимать не как нашу неспособность точно измерить определенные величины, а как реальное свойство движущихся объектов, траектория которых не представляет собой прямых или плавно искривленных линий, а имеет некий волновой характер и может быть описана, уравнениями волнового движения. [c.51] Вероятностная модель атома. Важнейшим следствием гфименения принципа неопределенности к описанию физических процессов в атоме является невозможность оперировать точными координатами электрона в каждый данный момент. Неопределенность положения и скорости электрона столь велика, что необходимо вообще отказаться от анализа траектории его движения. Однако имеется возможность использовать подход вероятностного описания атома. [c.51] Аналогично, для характеристики поведения электрона в поле атомного ядра может оказаться существенным не положение электрона по отношению к трем координатам, а только вероятность нахождения электрона в определенном объеме атома. [c.52] Уравнение Шредингера. Де-Бройль своими работами положил начало квантовой или волновой механике, описывающей движение микрочастиц. Основой и началом современной теории строения атома явилось квантово-механическое описание атома Шредингером. Он предложил метод выражения законов движения частиц, встречающихся в теории атомов и молекул. [c.52] Е — полная энергия электрона. [c.52] Не выясняя математический смысл уравнения Шредингера, отметим только его особенности. [c.52] В уравнении Шредингера волновая функция имеет ограниченный физический смысл, но, что важно, является мерой вероятности нахождения электрона в некотором объеме на расстоянии г от ядра. Функция определяет вероятность нахождения электрона в некотором шаровом слое (4лг — поверхность шара с радиусом г) на расстоянии г от ядра. Максимум этой функции для электрона с наименьшей энергией находится в атоме водорода на расстоянии воровского радиуса от ядра. [c.53] Часто удобно рассматривать электрон как бы размазанным по атому в виде электронного облака. Величина является мерой электронной плотности в данном объеме. Представление электрона в виде электронного облака с плотностью в каждой точке, пропорциональной 1 ) весьма распространено и полезно. В вероятностной модели атома исчезает смысл орбиты, на которой находится электрон. Взамен ее мы будем иметь дело с электронной плотностью, размазанной в пространстве атома. Фигуру, образованную размазанным электроном, в дальнейшем будем называть орбиталью. Под орбиталью можно понимать пространство, заключающее 90% электронного облака. Орбиталь может быть получена в результате решения волнового уравнения Шредингера в виде волновой функции г з. Поэтому орбиталь или волновая функция при переходе через узел меняют знак. [c.53] Из решения уравнения Шредингера следует, что на электронном уровне может быть одна 5-, три р-, пять й-и семь /-орбиталей. Оси трех / -орбиталей расположены под углом 90° друг к другу. [c.54] Дискретные квантовые состояния электрона в атоме проявляются в различии форм орбиталей и отсутствии промежуточных форм между ними, в определенном расположении орбиталей в пространстве, когда некоторые направления предпочтительно заполняются электронами, тогда как другие пустуют. [c.54] Квантовые характеристики состояний электрона в атоме (квантовые числа). Формы орбиталей обусловливаются различием характера движения электрона. Отсутствие промежуточных форм, например между - и -орбиталями, свидетельствует о-скачкообразном переходе электрона из одного состояния в другое, или, другими словами, о различных квантовых состояниях электрона на различных орбиталях. [c.54] Существует система квантовых характеристик электрона (квантовые числа), которая определяет состояние электрона в атоме. [c.54] Вернуться к основной статье