Электрон, волновые свойства на него

Вскоре было установлено, что представление об электроне как частице, подчиняющейся законам классической механики, является ошибочным. Изучение природы и распространения света показало, что он обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. На первые указывает явление фотоэффекта, на вторые — явления интерференции и дифракции света. Корпускулярные свойства фотона выражаются уравнением Планка [c.45]

В связи с уменьшением числа часов, отводимых на чтение лекции по химии, возникла необходимость пересмотра материала лекций в сторону его сокращения. По программе тема Строение атома должна быть обязательно раскрыта, и на это приходится отводить не более чем полторы лекции. Целесообразно начать лекцию о составе атома, какие частицы входящего образуют, их зарядах, массах, когда они открыты и кем. Затем напомнить студентам о модели атома Резерфорда. Особенную трудность вызывает необходимость очень кратко и в то же время доходчиво изложить основные положения квантовой механики. При изложении вопроса о двойственной природе объектов микромира достаточно привести уравнение Де-Бройля (без вывода) и обсудить его, привести примеры, экспериментально доказывающие волновые свойства потока электронов. Рассказать, что О положении электрона в атоме можно судить только с точки зрения теории вероятности. Дать квантовомеханическую модель электрона как облака отрицательного электричества, имеющего определенную форму и размеры, рассказать, что означает понятие орбиталь . [c.170]

Как и ньютоновские уравнения движения, уравнение движения электрона не имеет вывода все они являются последовательными математическими описаниями определенных явлений природы. Однако для электрона окончательная форма уравнения довольно сложна. Эю обусловливается, по-видимому, тем, что в нем отражается сочетание ряда различных сторон явления. Окончательное уравнение должно отражать волновой характер электрона и вероятностный характер наших измерений. Это вынуждает нас воспользоваться волновым уравнением и попытаться придать ему корпускулярный характер с помощью соотношения де Бройля. Для учета волновых свойств электрона в нашем уравнении воспользуемся общим уравнением волнового движения в частных производных (2-7) или в более простой форме (2-7а). [c.48]

Наличие у электронов волновых свойств вскоре получило прямое экспериментальное подтверждение в открытии явления дифракции электронов. Явление дифракции было хорошо известно для световых лучей, для рентгеновских лучей и других электромагнитных колебаний (см. курс физики). Дифракция всецело обусловливается волновыми свойствами этих лучей. Поэтому существование дифракции электронов подтверждает наличие у них волновых свойств. Это явление, теоретически предсказанное де Бройлем (1924), было экспериментально установлено Дэвиссоном и Джермером (1927). В СССР оно впервые было исследовано П. С. Тартаковским в том же году. Позднее был разработан основанный на этом явлении метод электронографии, аналогичный методу рентгенографии, получивший в настоящее время широкое применение для исследования строения молекул и кристаллов. На рис. 5 представлена электронограмма молекул СЗг. Подобное же явление дифракции нейтронов послужило основой для разработки метода нейтронографии, также имеющего практическое использование. В результате гипотеза о волновых свойствах микрочастиц получила экспериментальное подтверждение, и в настоящее время принимают, что все частицы микромира, например электрон, всегда [c.47]

Из последнего утверждения следует, что волновыми свойствами, наряду со свойствами корпускулярными, должны обладать и макротела, поскольк все они построены из микрочастиц. В связи с этим может возникнуть вопрос почему волновые свойства окружающих нас тел никак не проявляются Это связано с тем, что движущимся телам большой массы соответствует чрезвычайно малая длина волны, так как в уравнении де Бройля масса тела входит в знаменатель. Даже для пылинки с массой 0,01 мг, движущейся со скоростью 1 мм/с, длина волны составляет примерно 10 см. Следовательно, волновые свойства такой пылинки могли бы проявиться, например, при взаимодействии с дифракционной решеткой, ширина щелей которой имеет порядок 10 см. Но такое расстояние значительно меньше размеров атома (10 см) и даже атомного ядра (10 —см), так что при взаимодействии с реальными объектами волновые свойства пылинки никак не смогут проявиться. Между тем, электрону с массой около 9 10 г, движущемуся со скоростью 1000 км/с, соответствует длина волны 7,3 10 см дифракция такой волны может наблюдаться при взаимодействии электронов с атомами в кристаллах. [c.46]

Существует химическая частица — молекулярный ион водорода Н , —в которой химическая связь образована всего одним электроном. Этот электрон взаимодействует сразу с двумя ядрами, и за счет своих корпускулярно-волновых свойств он как бы распределен п пространстве вблизи этих двух ядер (но так, что максимальная электронная плотность находится между ядра-1ми и за счет этого нейтрализуется отталкивание между одинакова, заряженными ядрами). Два ядра вместе с. в Заказ А-..1388 / 8 [c.17]

Впрочем, дальнейшее развитие квантовой механики привело к отказу от раздельного рассмотрения частицы и связанной с ней волны. В настоящее время принимают, что, например, электрон всегда обладает одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами. Корпускулярные свойства проявляются в том, что электрон действует как частица, как единое целое. Волновые свойства его проявляются в том, что движение электрона согласовано с состоянием всей системы, к которой он принадлежит. [c.44]

Волновая функция. Исходя из представления о наличии у электрона волновых свойств. Шредингер в 1925 г. предположил, что состояние движущегося в атоме электрона должно описываться известным в физике уравнением стоячей электромагнитной волны. Подставив в это уравнение вместо длины волны ее значение из уравнения де Бройля ( 1 = /г/ти), он получил новое уравнение, связывающее энергию электрона с пространственными координатами и так называемой волновой функцией г ->, соответствующей в этом уравнении амплитуде трехмерного волнового процесса . [c.69]

Таким образом, эксперимент показал, что и вещество и излучение имеют двойственные корпускулярно-волновые свойства. Они ведут себя как волны в одних условиях и как пучок частиц в других это зависит от характера эксперимента. Следует подчеркнуть, однако, что мы не рассматриваем вещество и излучение как два различных аспекта одной и той же субстанции. Например, электрон обладает зарядом и массой, а фотон не имеет ни массы, ни заряда. Дифракционная картина, возникающая при облучении кристалла рентгеновскими лучами, в общем, похожа на ту, которая возникает нри падении пучка электронов на кристалл, но они не идентичны. Распределения интенсивности в обеих картинах различны, так как фотоны взаимодействуют с веществом по другим законам, нежели электроны. [c.22]

Волновые свойства электрона обнаруживаются в упомянутом выше явлении дифракции электронов. Явление дифракции (см. курс физики) было хорошо известно для световых лучей, для рентгеновских лучей и других электромагнитных колебаний. Дифракция обусловливается волновой природой этих лучей. Поэтому существование дифракции электронов подтверждает наличие у них волновых свойств. Это явление, теоретически описанное де-Бройлем (1924), было экспериментально обнаружено Дэвиссоном и Джермером (1927). В СССР оно впервые было исследовано П. С. Тартаковским в том же году. [c.44]

Главной особенностью квантовой механики является ее вероятностный статистический характер она дает возможность находить вероятность того или иного значения некоторой физической величины. Объясняется это волново-корпускулярным дуализмом микромира, т. е. микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. В отличие от классической физики в квантовой механике все объекты микромира (электроны, атомы, молекулы и др.) выступают как носители и корпускулярных и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга. Не представляет труда обосновать объективность волново-корпускулярно-го дуализма для световых квантов — фотонов. Так, фотоэффект Столетова и эффект Комптона доказывают корпускулярную природу видимого и рентгеновского излучений, а интерференция и дифракция — волновую природу света. Потому для фотонов легко показать единство волны и корпускулы. Действительно, из формул [c.36]

Теперь рассмотрим отдельный электрон, не испытывающий каких-либо сил со стороны других тел и свободно двигающийся со скоростью V. Используем квантовые представления, в соответствии с которыми он должен обладать волновыми свойствами и длиной волны, удовлетворяющей уравнению (1.2). Подставив уравнение (1.2) в уравнение (1.7), получим [c.11]

Длину волны такой частицы часто называют длиной волны де Бройля. Для любой частицы с массой т и известной скоростью длину волны де Бройля можно рассчитать. Например, для электрона с энергией около 1,6- 10" эрг, а это довольно низкая энергия, длина волны де Бройля будет порядка 1,2 А. Эта величина примерно соответствует параметрам кристаллических решеток. Используя близость значений кристаллических параметров и длины волны де Бройля для электрона с энергией около 1,6-10 эрг, Дэвиссон и Джермер показали, что электрон и в действительности имеет волновой характер. Применяя кристалл никеля как дифракционную решетку, они получили дифракционную картину, которую можно было легко объяснить с помощью волнового движения электрона. Если об истинности корпускулярного характера электрона может возникнуть вопрос, то волновые свойства были обнаружены для таких бесспорно материальных частиц, как нейтрон и атом гелия. [c.41]

Величина энергии ионизации зависит не только от заряда ядра и радиуса атома, но и от воздействия, вызванного волновыми свойствами электронов. Так, энергия ионизации элементов в побочных подгруппах периодической системы меняется незакономерно и с ростом заряда она обычно не уменьшается, как в главных подгруппах, а растет. [c.90]

Световой квант был назван А. Эйнштейном фотоном, и, следовательно, уравнения e = ftv или е=йо) выражают энергию фотона. Таким образом, намечается некоторый синтез волновых и корпус-К лярных идей и вместе с тем обнаруживается тот удивительный дуализм объектов микромира, который не имеет практических аналогий в макромире. Фотон характеризуется волновыми свойствами (частотой), но в то же время он имеет и признаки частицы. Подтверждение этому было получено в 1922 г. в опытах Комптона, исследовавшего взаимодействие квантов рентгеновского излучения (фотонов) с электроном. При столкновении фотона с электроном оба они ведут себя как частицы и их траектории можно рассчитать по законам механики. [c.27]

Расчеты уровней энергии, коэффициентов С,, электронных зарядов, порядков связей и т. п. могут быть выполнены лишь при условии ряда упрощений (ортогональность определенных волновых функций и др.). Вопрос о том, какие упрощения допустимы, а какие нет, решается на основе классической структурной формулы. Эта формула не вполне точно отражает свойства я-систем электронов, ио зато она может дать очень важные сведения о строении каркаса молекулы, относительной близости отдельных групп атомов, общей формы молекулы и т. п. Все это необходимо знать для правильного описания электронного состояния. Построив молекулярную диаграмму, мы приобретаем средство для таких прогнозов химического поведения молекулы, которые классической теории недоступны. [c.130]

Итак, в модели почти свободных электронов мы установили, что электронные уровни энергии образуют энергетические зоны. Это — фундаментальное свойство, которое имеет место и в приближении сильной связи оно обусловливает многие рхругие свойства кристаллических тел. Природа его — в брэгговском отражении. На электронные волновые функции накладывается периодичность решетки, что и приводит к расщеплению энергии.(Величйна разрыва зависит от интенсивности соответствующей фурье-компоненты (У ) потенциала. [c.124]

Одноэлектронная волновая функция атома обладает важным свойством она может быть представлена в виде произведения двух функций, одна из которых зависит от радиального расстояния электрона от ядра атома, другая — только от угловых координат электрона. Угловая зависимость волновых функций -электронов оказывается наиболее существенной при решении задачи, поставленной в теории кристаллического поля. [c.156]

В макроскопическом образце сверхпроводника за счет мощного взаимного влияния электронных пар устанавливается одна фаза (см. гл. V, 3). Разрезав сверхпроводник на две части и отодвинув их, например, на 1 мм, можно получить разные фазы, поскольку взаимное влияние их устраняется (размер куперовской пары С 1 мм). Следовательно, цепь разорвана, ток в цепи отсутствует (рис. 212, а). Но если сдвинуть куски сверхпроводника на 10—20 А (расстояние, меньшее о). то между ними возможен обмен в силу обычных волновых свойств электрона. А раз уж электронные пары перекочевывают из одного куска в другой, барьер между ними не должен оказывать электрического сопротивления, т. е. быть сверхпроводящим. Это подметил английский физик Джозефсон (1962 г.). Рассматривая свойства туннельного контакта (рис. 212, б, в) между двумя сверхпроводниками, он пришел к открытию двух следующих эффектов. [c.529]

Теория строения атома основана на законах, описывающих движение микрочастиц (электронов, атомов, молекул) и их систем (например, кристаллов). Массы и размеры микрочастиц чрезвычайно малы по сравнению с массами и размерами макроскопических тел. Поэтому свойства и закономерности движения отдельной микрочастицы качественно отличаются от свойств и закономерностей движения макроскопического тела, изучаемых классической физикой. Движение и взаимодействия микрочастиц описывает квантовая (или волновая) механики. Она основывается на представлении о квантовании энергии, волновом характере движения микрочастиц и вероятностном (статистическом) методе описания микрообъектов. [c.16]

До 1924 г. ученые считали, что наблюдаемые свойства электрона вполне соответствуют представлениям о нем как об очень небольшой электрически заряженной частице, во всем похожей, кроме размера, на шарик подшипника, несущий электрический заряд. Но в 1924 г. французский физик Луи де Бройль (род. в 1892 г.) установил волновой характер электрона. Исследуя квантовую теорию при подготовке докторской диссертации в Парижском университете, он установил, что выявляется поразительная аналогия между свойствами электронов и свойствами фотонов, если движущемуся электрону приписать некоторую длину волны. Такая длина волны электрона называется сейчас длиной волны де Бройля. [c.70]

Другая форма представления орбиталей показана на рис. 6-5 этот трехмерный график, начерченный с помощью ЭВМ, включает как радиальную, так и угловую функции [9]. И все-таки это не реальные фотографии орбиталей, а лишь сечения волновой функции только в одной плоскости. По вертикальной шкале отложена величина ч для каждой точки в плоскости ху. Эти диаграммы показывают, как меняются знак и величина функции в плоскости ху, кроме того, они помогают нам наглядно представить себе волнообразный характер электронной волновой функции. С другой стороны, в них не проявляются свойства симметрии, которые хорошо видны на таких более простых схемах, как рис. 6-4. [c.255]

Для полного описания свойств молекул необходимо знать волновые функции как электронов, так и ядер. В гл. 5 будет показано, что поскольку ядра в несколько тысяч раз тяжелее Электронов, они движутся в молекуле медленнее электронов и Можно получить электронные волновые функции, предполагая, Что ядра неподвижны. В атомах имеется лишь одно ядро, поэтому интересно только положение электронов относительно Этого ядра. В атомах одноэлектронные волновые функции, [c.27]

Корпускулярно-волновой дуализм есть общее свойство материи, но обнаруживается оно только у микрообъектов. Для электрона, масса которого равна 9,1 г, по уравнению (П.2) можно определить Я,. Она равна яаЮ- см, т. е. соизмерима с размерами атомов, благодаря чему осуществляется дифракция электронов, тогда как для частицы большой массы, например мячика в 50 г, вращающегося со скоростью 25 см/с, см, т. е. Я несоизмеримо меньше размера мячика и волновая природа его не может быть обнаружена эксперимситалыю. Поэтому во внимание принимаются только волновые свойства микрочастиц. [c.31]

Чтобы электрон в атоме обнаруживал волновые свойства, он должен подчиняться определенным ограничениям, которые не налагаются на волну, распространяющуюся в пространстве. Из уравнения Шрёдингера следует, что электронная волна в атоме должна быть независимой от времени другими словами, электрон в атоме образует стоячую, неподвижную волну. Каким бы ни был путь электрона вокруг ядра, вдоль каждой орбиты (длиной 2пг) должно укладываться целое число волн, т.е. должно выполняться условие 2пг = пк, где п — целое число. Если бы это условие не выполнялось, интерференция разрушила бы устойчивую волновую картину движения электрона. На рис. 5.5 схематически изображены две возможные стоячие волны с и = 5 и 6 соответственно. Естественно, здесь показаны лишь два из множества возможных типов волн, удовлетворяющих указанному условию. [c.73]

Дэвиссон и Джермер и молодой Томсон (сын Дж. Дж. Томсона-Я. Д.)) приступили к выполнению опыта, за который еще несколько лет назад их бы поместили в психиатрическую больницу для наблюдения за их дущевным состоянием. Но они добились успеха В итоге, наличие у электрона волновых свойств стало твердо установленным экспериментальным фактом. [c.22]

Мз квантовой теории света следует, что фотон неспособен дро биться он взаимодейстпует как целое с электроном металла, вы бивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со светочувствительным веществом фотографической пленки, вызывая ес потемнение в определенной точке, н т. д. В этом смысле фотон ведет себя подобно частице, т. е. проявляет к о р н у с к у л я р ы с свойства. Однако фотон обладает и волновыми свойствами это проявляется в волновом. характере распространения света, в способности фотона к интерференции и дифракции. Фотом отличается от частицы в классическом понимании этого термина тем, что его точное положение в пространстве, как и точное положение любой волны, не может быть указано. Но он отличается и от классической волны — неспособностью делиться на части. Объединяя в себе корпускулярные и волновые свойства, фотон не является, строго говоря, ни частицей, ни волной, — ему присунда корпускулярно-волновая двойственность. [c.66]

Поляризация ионов. Отклонение. от чисто ионной связи можно рассматривать как результат электростатического воздей- ствия ионов друг на друга, считая их деформируемыми системами, состоящими из положительных (ядра) и отрицательных (электро--ны) зарядов. При этом не учитывают изменение кинетической энергии электронов и их волновые свойства, определяемые зако номерностями квантовой механики. Такой подход к рассмотрению ионной связи интенсивно разрабатывался в 20-30 годы, и хотя он является очень приближенным, однако часто приводит к качественно правильным выводам н до сих пор полезен. Поэтому мы кратко его разберем. [c.111]

С помощью электронографического анализа можно в принципе решать те же задачи, что и рентгенографическим анализом исследование кристаллической структуры, проведение фазового анализа, определение межплоскостных расстояний и периодов решетки, определение текстуры и ориентировки кристаллов и т. д. Однако особенности волновых свойств пучка электронов обусловливают и определенную специфику их использования, а также преимущества и недостатки по сравнению с рентгенографическим методом исследования кристаллов. Преимущество электронограмм заключается прежде всего в том, что в связи с малой длиной волны и сильным взаимодействием электронов с веществом этим методом можно получить резкие и интенсивные рефлексы при меньших размерах кристаллов и-меньшем количестве вещества, чем при рентгенографическом анализе, В рентгенографии, например, расширение линий начинается при р.эзмере частиц 500—900 А, а в электронографии оно становится заметным лишь при размерах 20—30 А. Интенсивность электронного луча гораздо больше, а необходимая экспозиция гораздо меньше, чем рентгеновских лучей, что дает существенные методические преимущества. Интенсивность отражений при дифракции электронов обычно настолько велика, что позволяет визуально на флюоресцирующем экране наблюдать дифракционную картину. Указанные особенности электронографии делают ее особенно ценной, например, при исследовании зародышей новых фаз. Электронография может использоваться также при изучении положений легких атомов в кристаллической решетке, хотя для этого более пригодна нейтронография, [c.105]

Поляризация ионов. Ионная связь возникает между атомами элементов с сильно различаюшейся электроотрицательностью, которые в результате электронных переходов превращаются в противоположно заряженные ионы (см. разд. 2.4). Отклонение от чисто ионной связи можно рассматривать как результат электростатического воздействия ионов друг на друга, считая их деформируемыми системами, состоящими из положительных (ядра) и отрицательных (электроны) зарядов. Б этой электростатической модели ионной связи не учитывается изменение кинетической энергии электронов и их волновые свойства, определяемые закономерностями квантовой механики. Такой подход к рассмотрению ионной связи интенсивно разрабатывался в 20-30 годы, и хотя он является очень приближенным, однако часто приводит к качественно правильным выводам и до сих пор полезен. Кратко рассмотрим основные положения электростатического подхода к объяснению ионной связи. [c.118]

Теперь дифракция электронов широко используется для изучения структуры вещества (см. стр. 123—129) установка, в которой наблюдается это явление, — электронограф — стала обычным прибо ром в физико-химических лабораториях. Для структурных исследова ний применяется также дифракция нейтронов. Была г зучена дифрак ция атомов гелия, молекул водорода и других частиц. Таким образом двойственная корпускулярно-волновая природа материальных час тиц является надежно установленным экспериментальным фактом Если бы мы с помощью (1.40) вычислили значения К для различных объ ектов, то обнаружили бы, что для макрообъектов они исчезающе малы Так,, для частицы с массой 1 г, движущейся со скоростью 1 см/с к = 6,6- 10"2 см. Это означает, что волновые свойства макрообъектов ни в чем не проявляются если длина волны значительно меньше раз меров атома (10" см), то невозможно построить дифракционную ре шетку или какое-либо другое приспособление, позволяющее обнару жить волновую природу частицы. Иное дело — микрочастицы. Так движение электрона, ускоренного потенциалом в 1 В (у=5,93х ХЮ см/с), связано с X = 1,23-10" см. [c.25]

Множитель 1/]/2 обеспечивает равенство единице вероятности нахождения электрона во всем пространстве. Волновая функция имеет свойство, выраженное уравнением (6-3), а — свойство, выраженное уравнением (6-4). Это можно проверить перестановкой электронов. Как было отмечено, функция является симметричной по отношению к перестановке электронов, потому что она подчиняется уравнению (6-3), а фун кция — антисимметрич на, так как она подчиняется уравнению (6-4). [c.202]

После ряда открытий, в частности после обнаружения волновых свойств электронов и других микрочастиц, стало ясно, что теория Бора недостаточная. Она потерпела неудачу даже в попытке построения второго по сложности атома — атома гелия, состоящего из ядра и двух электронов. Она не смогла объяснить обнаруженной мульти-плетности (множественности) спектральных линий в атомных спектрах элементов. Например, спектральные линии щелочных металлов оказались дублетами с очень малым отличием длин воли линий, составляющих эти дублеты. Также линии серии Бальмера в спектре водорода не являются единичными и каждая расщеплена на две очень близко расположенные линии. Это объяснили Уленбек и Гоудсмит в 1925 г. допущением у электронов вращательного (веретенообразного)-движения, что обусловливает появление у них, кроме орбитального, еще спинового вращательного момента, а также спинового магнитного момента (спин — от английского to spin — вращаться). Ориентация спинового момента электрона в дйух противоположных [c.62]

Оба эти соотношения отражают тот очевидный факт, что вероятность нахождения электрона во всем околоядерном пространстве атома равна единице, т. е. в результате проявления волновых свойств электрон не исче зает, он только размазывается в виде волны по этому пространству. Причем в силу особенностей стоячих волн их плотность , т. е. фМо, на узловых участках равна нулю, а в областях пучностей становится максимальной. Таким образом, вместо строго определенной электронной орбиты наблюдается электронное облако, состоящее из сгущений и разряжений, определяющих понятие орбитали. Форма, размеры и пространственное расположение облака или орбитали определяют сомножителями и Ф 0 уравнении (18.19), которые задают чис- [c.207]

Корпускулярные и волновые свойства частиц. В 1924 г. де Бройль предположил, что двойственная корпускулярноволновая природа свойственна не только фотонам, но и любым другим материальным телам. Он считал, что движение любой частицы можно рассматривать как волновой процесс. Аналогично свсту, для него должно быть справедливо соотношение X = h/mv, где т — масса частицы V — ее скорость. Эти волны для материальных частиц получили название волн де Бройля. Предположение де Бройля подтверждено на опыте. В 1927 г. Девиссон и Джермер в США, а в СССР П. С. Тартаковский наблюдали дифракцию электронов, используя в качестве дифракционной решетки кристалл или пластинку хлорида натрия. В настоящее время дифрак[ ия электронов и нейтронов является важным инструментом экспериментального исследования. [c.52]

После ряда открытий, в частности после обнаружения волновых свойств электронов и других микрочастиц, стало ясно, что теория Бора недостаточна. Она потерпела неудачу даже в попытке построения второго по сложности атома — атома гелия, состоящего из ядра и двух электронов, и не смогла объяснить обнаруженной мульти-плетности (множественности) спектральных линий в атомных спектрах элементов. Например, спектральные линии щелочных металлов оказались дублетами с очень малым отличием длин, волн линий, составляющих эти дублеты. Также линии серии Бальмера в спектре водорода не являются единичными и каждая расщеплена на две очень близко расположенные линии. Это объяснили Уленбек и Гоудсмит в 1925 г. допущением у электронов [c.76]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология