ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности химических явлений, обусловленные природой электронов. Уравнение Шредингера из "Неорганическая химия Том 1" Глава II ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПРИРОДОЙ ЭЛЕКТРОНОВ. [c.15] В предыдущей главе был дан набросок предварительной трактовки математического и отчасти философского смысла внешней формы таблицы химических элементов. [c.15] Теперь можно приступить к изучению электронного микромира, обусловливающего своим существованием и принципиальными особенностями многое в самом смысле Периодической Системы. Особенно важным является изучение поведения электронов около положительно заряженного ядра (атом) или нескольких ядер (молекула, кристалл), т. е. исследование особенности мира материальных частиц очень малой массы, двигающихся с большими скоростями в малом участке пространства, ограниченном силовым полем ядра. [c.15] Согласно модели Н. Бора, скорость движения электрона в нормальном атоме водорода только в 137 раз меньше скорости света, т. е. составляет около 2200 км1сек (примерно в 200 раз больше скорости космического корабля, входящего в земную атмосферу), а для тяжелых атомов ближайший к ядру электрон должен двигаться еще во много раз быстрее, и масса его поэтому возрастает, испытывая значительную релятивистскую поправку . [c.15] Интуитивная догадка о существовании какой-то субстанции, более тонкой, чем сами атомы, зародилась среди химиков уже очень давно. [c.15] В основе своей теории Бутлеров ставил не расположение центров тяжести атомов (мы сказали бы сейчас про атомные ядра), а химическое строение , выражаемое на современном языке распределением электронов в сложном молекулярном, электронном облаке, которое и определяет влияние атомов химического соединения друг на друга и геометрическое расположение их ядер в пространстве. [c.16] Менделеев искал объяснение химических явлений в материальном вакууме или, как говорили тогда, в мировом эфире. [c.16] Бутлеров старался понять внутримолекулярные связи при помощи предположения о существовании у каждого атома некоторого целочисленного количества сродства . Эти неясные еще мысли предваряли более позднее открытие определенного числа электронных облаков, образующих при своем перекрывании химические связи. [c.16] Обладая определенными параметрами — измеримыми на опыте электрическим зарядом и массой — электрон в динамическом смысле, т. е. в характеристиках своего движения, оказался частицей совершенно особой. В то время, как обычные массивные частицы обладают определенными траекториями движения (например, орбиты планет, полет ракеты, артиллерийского снаряда и т. п.), электрон не может быть воспринимаем как движущийся в атоме по орбите —по той или иной траектории, которую можно точно высчитать, предсказать и нарисовать. [c.16] Другие динамические характеристики электрона в атоме скорость движения, поступательный импульс, вращательный орбитальный момент — также потеряли свою определенность настолько, что для описания явлений атомного масштаба потребовалось создание особой, квантовой механики. [c.16] Классическая электродинамика оказалась непригодной для объяснения устойчивости атомов и молекул, которая все же существует и без которой вещества не могли бы даже иметь определенных свойств. Действительно, классическая теория и опыт утверждают, что заряженная частица, двигаясь с ускорением (например, вращаясь вокруг центра сил в атоме), должна излучать электромагнитные волны и терять энергию. В результате электрон должен был бы двигаться в атоме по спирали и постепенно приближаться к ядру, т. е. атом был бы неустойчив. Вместо этого при вращающемся вокруг ядра электроне существуют устойчивые атомы, не излучающие при этом энергии, хотя того и требуют классические законы. [c.16] Кроме отказа от классических законов механики и электродинамики важной у1ертой электронного микромира было еще и то, что динамические величины, характеризующие поведение атома, почему-то изменялись не непрерывно, а скачкообразно, принимая лишь дозволенные некоторыми правилами значения. Так, энергия атома, зависящая от движения электронов вокруг ядра, принимала лишь определенные, скачкообразно отличающиеся друг от друга, значения. Эти скачки при переходе от одного состояния в другое называются квантами или порциями энергии, а отсюда и всю механику называют квантовой. Дозволенные значения данной переменной величины называют в квантовой механике математическим термином собственные значения . Исключение составляют координаты х, у, г, которые можно и в случае движущегося электрона рассматривать как меняющиеся непрерывно. [c.17] Из-за отсутствия определенной траектории электрона можно только предсказать вероятность попадания его в определенный элементарный объем пространства dv, равный йх йу йг. Можно предсказать статистическое распределение плотности вероятности W нахождения электрона в той или иной ячейке пространства. Указать его абсолютное местоположение можно было бы при полном отказе от характеристики его поступательного импульса. [c.17] Вместе с тем, Wdv, взятый по всему пространству, равен 1, так как достоверным является то, что электрон все же где-либо находится. [c.17] Корень квадратный из вероятности W равен особой величине, обозначаемой 1) и называемой волновой функцией из-за некоторых ее особенностей, сходных математически с поведением амплитуды волн. Функция 1з может иметь, подобно амплитуде, положительные и отрицательные значения, но квадрат ее, т. е. W, всегда положительная величина. [c.17] Вероятность обозначают через йю. В общем случае равно г1зг , где 11) — комплексно-сопряженная величина по отношению к г ). [c.17] К такому, совершенно ненаглядному, не связанному ни с геометрией, ни с классической механикой положению необходимо привыкнуть и считать его мыслимым логически математическим образом, лежащим в основе понимания химии, как учения о явлениях в микромире, проявляющих себя в макроизменениях вещества, например, при реакциях. [c.17] На рис. 3 изображена волновая функция г]) с положительными (т. е. выше оси) и отрицательными амплитудами. Значение г з , т. е. электронная плотность, будет везде положительной величиной или равной нулю (это узловые или нодальные точки) в тех местах, где на кривой для г происходит пересечение кривой с осью. [c.18] получаем уравнение Шрёдингера, смысл которого состоит в том, что волновая электронная функция г] (х) математически представляет собой синусоидальные волны де Бройля во внутриатомном пространстве. [c.19] Так как длина волны X зависит, по де Бройлю, от скорости электрона, а последняя замедляется при приближении к дозволенной атомной границе, то прежней синусоидой пользоваться уже нельзя. [c.19] Вернуться к основной статье