Квантовая теория и классическая физика

Основные положения своей теории строения атома Бор сформулировал в виде постулатов. Эти постулаты накладывают определенные ограничения на разрешенные классической физикой формы движения. Первый постулат Бора электрон в атоме может находиться только в стационарных или квантовых состояниях с дискретными значениями энергии Еп, в которых атом не излучает. Для стационарных состояний момент количества движения электрона М равен целому кратному постоянной Планка Й= (/ /2я), т. е. [c.34]

Охарактеризуйте возможные современные модели атома, молекулы, атомного или молекулярного иона, макротела в рамках представлений классической физики, классической теории химического строения, квантовой механики и квантовой статистики. Какие свойства этих образований могут и какие не могут отобразить классическая физика и классическая теория химического строения [c.4]

Принцип очередности заполнения орбиталей. Электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии, т. е. на орбиталях с более высокой энергией электроны располагаются после того, как заполнены орбитали с меньшей энергией. Этот принцип целиком согласуется с классической физикой, где он формулируется как стремление системы к минимуму энергии. Однако сначала необходимо ответить на вопрос, как зависит энергия электрона от квантовых чисел п и I, описывающих его состояние. Ранние работы по теории периодической системы приписывали исключительную роль главному квантовому числу п, так как застройка электронных оболочек происходит в строгом соответствии с ростом п плоть до аргона (2 = 18). Однако при переходе от третьего периода к четвертому наблюдаются аномалии , которые в последующих периодах таблицы Менделеева становятся скорее правилом, чем исключением. В. М. Клечковский (1954) сформулировал закономерность возрастания энергии электронных [c.169]

Рассчитанная по формуле (111.12) константа Ридберга хорошо совпадает с опытной величиной, что и явилось триумфом теории Бора. Для более сложных атомов теория Бора позволила делать лишь качественные заключения. Объясняется это тем, что теория Бора не была последовательной и содержала внутренние противоречия. С одной стороны, она базировалась на модели Резерфорда и классических законах Ньютона и Кулона, а с другой — вводились квантовые постулаты, не связанные с классической физикой. По шутливому выражению английского ученого Брэгга-младшего Теория Бора по понедельникам, средам и пятницам пользовалась классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам — квантовыми законами . [c.36]

Здесь следует обратить внимание на совершенно неклассический характер этих постулатов с одной стороны. Бор ввел чуждые классике представления о квантовых скачках и стационарных состояниях, которые согласно электродинамическим законам никак не могли появиться в системе ядро — электрон , а с другой, он нарушил привычную взаимосвязь между частотой излучения и частотой вращения движущегося заряда (электрона). В классической физике было установлено, что частота колебаний заряда равна частоте испускаемого им излучения. В теории же Бора этой связи просто не было, для процесса излучения совершенно несущественно, как часто облетает электрон ядро, важна лишь разность энергий стационарных состояний, между которыми происходит квантовый скачок. [c.11]

Не следует думать, что мы изложили вкратце путь вывода этого уравнения из законов классической физики и формул де Бройля. Такой вывод невозможен, ибо квантовая механика — более общая теория и справедливость уравнения Шредингера доказывается его соответствием колоссальному фактическому материалу квантовой физики, а также его внутренним совершенством , т. е. согласованностью с общими физическими представлениями. Выше мы привели лишь некоторые наводящие рассуждения . Теперь немного об истории открытия этого уравнения. [c.28]

В первых двух главах дискретная структура материи обсуждалась с привлечением классической физики, которая на исход прошлого века составляла фундамент теоретической химии. Однако на пороге следующего столетия произошел грандиозный переворот в основах физики, обусловленный появлением квантовой теории и теории относительности. Эти события повлияли и на развитие химии, хотя и получили должную оценку только в последнее время, после создания квантовой химии. Ушло время, когда химику достаточно было иметь общее представление о строении атома, ограничивая себя моделью Бора. В гл. 2 были сделаны два предположения, которые, как теперь известно, принципиально неверны [c.24]

Формулы интенсивности рассеяния представляют произведения ряда множителей. Вывод этих формул требует использования сведений из атомной и ядерной физики, знания классической и квантовой теории рассеяния, а также основ физики твердого тела (динамики решетки, структурных дефектов, понятий о реальном, мозаичном и идеальном кристаллах и др.). [c.10]

Постулаты Бора. В основе теории Бора лежат два постулата, выходящие за рамки классической физики. Согласно первому постулату атом не излучает энергию и является устойчивым лишь в некоторых стационарных (неизменных во времени) состояниях, соответствующих дискретному (прерывному) ряду возможных значений энергии Ех, г, з--- Любое изменение энергии связано с квантовым (скачкообразным) переходом из одного состояния в другое. Согласно второму постулату при переходе из одного стационарного состояния с энергией г в другое с энергией Еь атом испускает или поглощает свет определенной частоты в виде кванта излучения (фотона) /IV. Причем [c.44]

Спектры молекул начали изучать еще в прошлом веке. Накопленный экспериментальный материал позволил установить множество эмпирических правил, обладающих в ряде случаев предсказательной силой. Некоторые из них нашли качественное объяснение в классической физике, в модельных представлениях. Однако глубокий анализ и количественные расчеты, результаты которых используют при исследовании многих свойств молекул и взаимодействий между ними, можно проводить только на основе квантовой теории. [c.130]

Это возражение было устранено в 1913 г. датским физиком Бором, который с помощью введенных им противоречащих классической механике постулатов получил поразительные результаты, согласовавшиеся с большим числом экспериментальных исследований. Он применил к системам, состоящим из ядра и движущихся около него электронов, положения квантовой теории излучения. [c.10]

Дуализм волн и частиц—фундаментальное свойство микромира оно означает невозможность независимого рассмотрения таких характеристик частицы, которые в классической физике разделялись. Обратим внимание на результат, к которому приводит уравнение Шредингера, если система представляет собой свободную частицу. Свободная частица, описываемая бесконечной волной, есть простейшая система, находящаяся на низшей ступени организации. Энергия частицы не квантуется и, наблюдая ее, мы, вообще говоря, могли ничего не узнать о стационарных состояниях и скачкообразных переходах между различными энергетическими уровнями, столь существенно определяющих химические свойства элемента. Одним из наиболее глубоких по содержанию утверждений квантовой теории является признание дискретности состояний тех систем, на которые наложены какие-либо ограничения. Будем считать наборы различных ограничений признаками организации. <2 этой точки зрения следующая ступень организации есть частица, находящаяся в потенциальном ящике. Значения ее энергии уже квантованы. Эта организация способна существо- [c.50]

Появление квантовой механики (1920-1930-е годы) проявилось в создании теории строения атомов, квантовой теории валентности, теории строения молекул и квантовохимических методов расчета. Огромное значение имела разработка квантовой теории дисперсионных взаимодействий атомов и молекул. Квантовая механика объединила науку о микромире с классической физикой, установила, обосновав периодическую систему элементов Д.И. Менделеева, неразрывность физики и химии и стала единой основой изучения физических и химических явлений. [c.9]

Планетарная модель строения атома Э Резерфорда (1911 г) и квантовая теория И Бора (1913 г) выведены из понятий классической физики и рассматривают электрон как частицу, считая, что поведение электрона в атоме описывается законами ньютоновской механики [c.28]

В 1913 г. датский физик Нильс Бор предложил теорию строения атома водорода, встретившую в кругах физиков чрезвычайно острую реакцию. Дело в том, что законы классической электродинамики оказались неприменимыми для решения задачи о поведении электрона в атоме и Бор впервые сформулировал законы квантовой механики, основанной на квантовой теории излучения энергии Макса Планка. [c.32]

Суперпозиция состояний квантовой теории существенно отличается от суперпозиции колебаний в классической физике, в которой суперпозиция колебания с самим собой приводит к новому колебанию с большей или меньшей амплитудой. Далее, в классической теории колебаний существует состояние покоя, в котором всюду амплитуда колебания равна нулю. В квантовой же теории равенство нулю волновой функции во всех точках пространства соответствует отсутствию состояния. [c.17]

Теория Бора не была последовательной, так как, отрицая применимость законов классической физики к рассмотрению структуры атома, основывала все расчеты строения атома на классических законах и представлениях и одновременно на квантовых представлениях Планка. [c.39]

Установить, как свойства теплоемкостей твердых тел вступают в противоречие с классической физикой, но могут получить объяснение в рамках квантовой теории (стр. 427). [c.417]

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]

В соответствии с квантовой теорией угловой момент и ядерный магнитный момент квантованы. Это их свойство нельзя объяснить в рамках классической физики. Разрешенные значения, или собственные значения, максимальной проекции углового момента на ось г произвольно выбранной системы декартовых координат измеряются в единицах Й( = /г/2я) и определяются соотношением [c.17]

Известно, что существует область, где использование классической и квантовой механики приводит к одним и тем же результатам, и, по-видимому, логично считать квантовую теорию более общей, а классическую теорию —ее предельным случаем. Однако такой подход, вообще говоря, не является обязательным, и мы ставим перед собой задачу следовать историческому пути развития пауки. Рассмотрим сначала вывод экспоненциального закона Больцмана, закона, являющегося одним из наиболее важных обобщений физики. [c.33]

Как уже отмечалось, нелинейная неравновесная термодинамика возникла в результате синтеза статистики и детерминизма, случайности и необходимости, обратимости и необратимости, эволюционных концепций Больцмана и Дарвина, короче, синтеза термодинамики и статистической физики, изучающих макроскопическое проявление множественных ансамблей, и классической физики и квантовой механики, изучающих конкретные свойства и строение микроскопических составляющих и единичных тел. Такой синтез - это не просто конвергенция наук, а рождение качественно новой области знаний, которой впервые стали подвластны процессы спонтанного возникновения порядка из хаоса, разработка соответствующих теорий и расчетных методов. [c.92]

Резонансный или обменный интеграл, впервые введенный в квантовой механике, не имеет аналогов в классической физике. Однако он играет важную роль в теории химической связи. Он характеризует взаимодействие электронных орбиталей соседних атомов в молекуле. Расчеты показывают, что резонансный интеграл меньше нуля, т. е. отрицательная величина. В действительности между частицами имеется только электрическое взаимодействие. И только из-за принятого метода квантовомеханического расчета — МО в виде чПКАО — это единое взаимодействие разбивается на части кулоновский и обменный интегралы. [c.27]

Необходимость отказа от удобных и привычных понятий классической физики при исследовании свойств атомных объектов является доказательством того, что законы и понятия макроскопической физики неприменимы (или ограниченно примени, мы) к явлениям микромира. Новые физические понятия квантовой механики не обладают свойством наглядности, т. е. не могут быть объяснены с помощью привычных нам образов. Это в некоторой степени усложняет понимание квантовой механики. Новые физические понятия, вводимые квантовой механикой, можно освоить лишь при продолжительном их употреблении. Для объяснения свойств объектов микромира потребовалось использование в теории и нового математического аппарата, с которым мы познакомимся в этой книге. [c.14]

С помощью постулатов Бора удалось объяснить спектр атома водорода и водородоподобных ионов, однако ни спектров более сложных атомов, нк других свойств атомов и молекул боровская теория объяснить не могла. Это и понятно, так как постулаты Бора являлись как бы дополнением к законам классической механики, оставляя нетронутым представление об электроне как о классической частице. Полное описание законов микромира, описание, основанное на решительном отступлении от канонов классической физики, смогла дать только квантовая механика. [c.10]

Перенос электрона от восстановителя к окислителю связан с преодолением некоторого энергетического барьера. Согласно представлениям классической физики, частица может преодолеть энергетический барьер высотой V только в том случае, если она обладает энергией которая превышает высоту барьера и. Образно говоря, частица может совершить переход только над барьером. Однако квантовая теория предсказывает, что имеется вероятность, отличная от нуля, перехода частицы через барьер и в том случае, когда < (7. Такое явление можно образно представить как просачивание частицы сквозь барьер, и называется оно туннельным эффектом. [c.210]

Сам Аррениус не делал выводов относительно источников энергии активации, но он не без основания предположил, что прибавление к реагирующей системе катализаторов смещает равновесие в сторону увеличения активной формы молекул. Впоследствии проблема об источниках энергии активации приобрела очень больщое значение в изучении механизма химических реакций. К решению этой проблемы были привлечены, кроме классических физико-химических представлений, квантовая химия, результаты фотохимических исследований, электронные теории, новейшие представления о физике твердого тела и т. д. (см. гл. X, XI). С решением этой проблемы связа- [c.85]

Идеи Кекуле и Менделеева получили дальнейшее развитие в теории деформации молекул [8—10], а затем воплотились в модели промежуточной хемосорбции Баландина [13] и Поляни [73]. Хотя авторы теории активного комплекса не делают ссылок ни на работы Кекуле и Менделеева, ни на мультиплетную теорию, успевшую к середине 30-х годов определить связи между структурными и энергетическими факторами катализа, тем не менее объективно эти идеи, а также и мультиплетная теория должны считаться не только предшественниками, но и источниками теории активного комплекса. Другими источниками ее являются классические физико-химические воззрения на активацию молекул и новые квантовые представления о валентности. [c.315]

В 1916 г. Зоммерфельд на основе квантовой теории рассчитал дв орбиты для атома водорода, из которых одна круговая, а другая эллиптическая это сделало проблему строения атома еще более трудной Выполненные исследования не только пролили новый свет на сложную природу атома, но и положили начало важному направлению в эпистемологии и привели к созданию атомной физики. Из исследований не только Планка и Эйнштейна, но также Бора и Зоммерфельда вытекала недостаточность принципов классической механики. [c.418]

Не сразу удалось понять и сформулировать законы квантовой механики. Нужна была огромная смелость, чтобы отказаться от старых, хорошо проверенных традиций классической физики. Поэтому путь, которым шла наука к созданию квантовой теории, интересен и поучителен. Однако мы не будем его касаться. Начнем изложение квантовой механики с обсуждения ее основных принципов. [c.12]

Атомы И молекулы — системы, построенные из микрочастиц — 51дер и электронов. В начале XX в. выяснилось, что классическая физика не в состоянии правильно описать состояние этих систем. Бор создал теорию атома, носящую его имя, сохранив планетарную модель атома Резерфорда и введя в нее новые идеи квантовой теории Планка — Эйн-щтейна. Поразительный успех теории Бора в описании атома водорода и объяснении его спектра не мог быть распространен на более сложные атомы из-за противоречивости между квантовыми и классическими представлениями, лежащими в ее основе. Однако теория Бора оставила глубокий след в физике. Новая физическая теория — квантовая механика возникла из работ де Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Дирака и др. [c.7]

Однако абсолютные раз.меры атомов и молекул в действительности играют одну очень важную роль. Законы. механики, с которыми мы знакомы, благодаря ежедневным наблюдениям, неприменимы к частицам с атомными размерами. Одиим из самых боль-Н1ИХ сюрпризов новейшей физики было открытие того, что обычная механика является только приближением классическая механика неприменима к атомным объектам и должна быть заменена повой теорией материи, квантовой теорией. Если мы хоти.м понять атомные п молекулярные процессы, то должны основываться на правилах этой теории. [c.15]

Считалось, что электроны удерживаются на соответствующих орбитах за счет электростатических сил притяжения с ядром и поэтому не разлетаются в пространство. Однако, по представлениям классической физики, всякое вращающееся заряженное тело должно излучать энергию в виде. электромагнитных волн. Но это привело бы, во-первых, к остановг" вращения и падению электронов на ядро атома. Во-в рых, вследствие постепенного изменения скорости вращения электронов электромагнитное излучение атома должно состоять из непрерывного ряда лучей различной длины волны. Иными словами, спектр атома должен быть сплошным, т. е. состоящим из линий всевозможных длин волн. На самом же деле спектр атомов оказался состоящим из ряда отдельных линий. Еще в 1900 г. М. Планк высказал предположение, что законы, справедливые для описания явлений в обычном для нас макромире, непригодны для мира атома. Согласно его теории, энергия в атоме излучается не непрерывно, а определенными порциями, или квантами . Поэтому его теория стала называться квантовой теорией. [c.16]

Нелинейная неравновесная термодинамика осуществила синтез вероятности и необходимости, кумулятивного развития и скачкообразных изменений, физической концепции развития Клаузиуса и эволюционной теории Дарвина, равновесной термодинамики, изучающей макроскопическое проявление множественных систем вне связи с конкретным механизмом, свойствами и строением микросоставляющих, и классической физики (как и квантовой механики), изучающей детали процессов, свойства и строение микро- и макросистем, состоящих из малого числа компонентов. Новая область знаний собрала воедино то, что было разъято на составные части, и установила соотношения между тем, что противопоставлялось друг другу, казалось взаимоисключающим или отрицалось как иллюзия или результат неполного знания. Представление о мире исключительно как о стационарной системе, в которой необходимость порождает только необходимость, оказалось несостоятельным и было опрокинуто многочисленными фактами из всех областей естествознания. Мир явился качественно многообразным, темпоральным, полным случайных и непредсказуемых [c.10]

Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов качественно изменили научное представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики (а позднее квантовой механики) его свойство -направленность, критерием которой для процессов в изолированных системах служит изменение энтропии, названное в связи с этим А. Эддингтоном "стрелой времени" [23. С. 68]. Теория деградации структур, выравнивания свойств всех составляющих системы во всех возможных отношениях не может естественным образом описать феномен жизни, ее возникновение, усложнение и совершенствование. Перенесение этой концепции на мир в целом ведет, с одной стороны, к идеям креационизма и катастрофизма Ж. Кювье, а с другой - к идее У. Томпсона и Р. Клаузиуса о "тепловой смерти", в конечном счете к теологическим воззрениям на сотворение и конец мироздания. [c.47]

Вопрос о взаимосвязи двух подходов разрабатывался автором (см. гл. 6). Попытка объединения идей физики и механики разрушения в теории прочности полимеров была сделана также Салгаником [4.87—4.90]. Так, в физике разрушения и кинетической концепции Журкова (см. гл. 2) считается, что разрыв химических связей в твердом теле происходит под действием тепловых флуктуаций. При этом используются представления классической физики и средняя энергия тепловых флуктуаций принимается равной кТ. Между тем это не всегда справедливо из-за квантовых эффектов, которые начинают проявляться при температурах порядка дебаевской до = Нуо1к = [c.101]

Один из создателей квантовой механики. Сформулировал (1927) принцип неопределенности, ограничивающий применение понятий классической физики к микрообъектам и составивщий основу квантовомеханической теории химической связи. Установил соотнощение неопределенностей, согласно которому чем меньше разность между предельными значениями возможных скоростей электрона, тем неопределеннее его траектория и положение в пространстве. Отсюда вытекает, что дозволенные орбиты Бора следует интерпретировать ие как траектории движения [c.131]

В классической физике принималось, что поток энергии является непрерывным. Однако М. Планк (1900) в результате изучения электромагнитного поля показал, что излучение (видимый свет, рентгеновское, у-излучение и др.) испускается, распространяется и поглощается не непрерывно, а определенными порциями . Порция лучистой энергии получила название квант (лат. quantum, читается квантум — количество). А. Эйнштейн (1905) разработал квантовую теорию света, согласно которой свет представляет собой поток световых квантов — фотонов. Так было доказано, что электромагнитное поле имеет дискретное строение. Энергия его передается квантами. Подобно этому электрон можно рассматривать как квант электрической энергии. Так возник новый раздел теоретической физики — квантовая механика. Основной ее задачей является изучение законов движения и взаимодействия микрочастиц. Вся энергетика в этой области целиком основана на квантовых представлениях. [c.31]

Революция в физике, которая произошла на рубеже XIX и XX веков, в частности благодаря открытию радиоактивности (Беккерель, 1896), разработке квантовой теории Планк, 1900) и теории относительности Эйнитгейн, 1905), привела к открытию ядерных реакций, при которых освобождается в миллионы раз больше энергии, чем при химических. В ходе ядерных реакций (радиоактивного распада) атомные ядра (неделимые с точки зрения классической физики) одних радиоактивных элементов превращаются в атомные ядра других. В природе происходит естественный радиоактивный распад ряда химических элементов. В лабораторных условиях в настоящее время возможно искусственное превращение атомных ядер всех химических элементов. Эти процессы совершаются при бомбардировке атомных ядер различных элементов высокоэнергетическими ядерными частицами. [c.45]

Физика микромира — квантовая механика — возникла как следствие введения в физику представления о кванта.х. В 1900 г. Планк выдвинул предположение о дискретности энергии в процессах ее поглощения и испускания, о существовании квантов энергии. Эта гипотеза Вдместе с теорией относительности Эйнштейна открыла новую эру в истории теоретической физики —эру переоценки прин-ц пов классической физики. Сам Планк, однако, страшился того разрыва с классическими иредставлениялш, который объявлялся гипотезой квантов. Однако в 1905 г. появилась работа Эйнштейна ио специальной теории относительности, в которой уже гораздо смелее ставился вогпюс об ограниченности классической физики [c.160]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология