ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Корпускулярно-волновые свойства микромира из "Неорганическая химия" В основе современной теории движения микрообъектов лежит представление об их двойственной природе. Установлено, что микрообъекты ведут себя и как частицы, и как волны. [c.51] Волновые II корпускулярные свойства свста. Впервые двойственная природа микроо ъектов 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 ннм относится фотоэффект — явление испускания металлами и полупроводниками электронов под действием света, открытое в 1889 г. А. Г. Столетовым. [c.51] Вычисленная длина волны равняется длине окружности первой боровской орбиты с Гб = 0,053 нм. [c.52] По де Бройлю, волновые свойства электрона в атоме проявляются в том, что длина волны, характеризующая движение элек трона, должна укладываться на длине орбиты целое число раз, т. е. 2зхг = пХ (рис. 6). Решая это уравнение совместно с уравнением X = h mv, приходим к уравнению Бора (1). [c.52] 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.52] Принцип неопределенности. Гейзенберг подошел к критике планетарной модели Бора с позиций коренного различия макро- и микрообъектов и наблюдения за ними. [c.52] если положение электрона будет определено с точностью 10 ° см, то неопределенность в скорости составит 58 000 км/с (это при скорости электрона в 2000 км/с). [c.53] 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 искривленнвх линий, а имеет некий волновой характер и иможет быть описана уравнениями волнового движения. [c.53] Вероятностная модель атома. Важнейшим следствием применения 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.53] 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.54] Уравнение Шредингера. Де Бройль своими работами положил начало квантовой или волновой механике, описывающей двих ение 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.54] Электронную волну можно сравнить со стоячей волной, которая возникает, например, на веревке, сели один из. ее концов закреплен, а другому сообщается движение вверх н вниз в одной плоскости (рис, 7), Для стоячей волны характерно вынужденное движение, при котором максимумы и минимумы амплитуды волны, чередуясь, располагаются в одной плоскости, но в противоположных направлениях. На половине пути между макспмумом и мгшпмумом амплитуда равна нулю. Эта точка называется узлом. Направление волны при переходе через узел меняется. Следовательно, изменяется и знак волны. Поскольку стоячая волна движется только в одной плоскости, то ее амплитуда является функцией только одной координаты. [c.54] Не ВЫЯСНЯЯ математического смысла уравнения Шредингера, отметим его особенности. [c.55] 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 радиусом г) на расстоянии г от ядра. Максимум этой функции для электрона с наименьшей энергией находится в атоме водорода на расстоянии боровского радиуса от ядра. [c.55] Чрезвычайно важной характеристикой орбитали является вид ее симметрии. Орбитали с шаровой симметрией называются 5-орбиталями, а в виде гантелей с осевой симметрией — р-орбиталями. Более сложный вид имеют и /-орбитали. [c.56] Из решения уравнения Шредингера следует, что на электронном уровне может быть одна 5-, три р-, пять й- и семь /-орбиталей. Оси трех р-орбиталей расположены под углом 90° друг к другу. [c.56] 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.56] Квантовые характеристики состояний электрона в атоме (квантовые числа). Формы орбиталей обусловливаются различием характера движения электрона. Отсутствие промежуточных форм, например между 5- и р-орбиталями, свидетельствует о скачкообразном переходе электрона из одного состояния в другое или, другими словами, о различных квантовых состояниях электрона на различных орбиталях. [c.56] Существует система квантовых характеристик электрона (квантовые числа), которая определяет состояние электрона в атоме. [c.56] Вернуться к основной статье