Квантовая механика и строение атома

Естественно, что фундаментальный закон химии, открытый Д. И. Менделеевым, — периодический закон—должен найти себе объяснение в закономерности строения атоМов, вскрываемой квантовой механикой. Периодичность в изменении химических свойств элементов при возрастании заряда ядра определяется периодическим повторением у определенных атомов строения внешних электронных оболочек. Легко заметить, что число электронов в последовательности от 5 до ближайшей конфигурации (первый период) или (остальные периоды) равно 2, 8, 8, 18, 32 (табл. 3), т. е. совпадает с числом элементов в периодах системы Д. И. Менделеева и объясняет, почему именно столько элементов содержится в данном периоде. Период начинается элементом, у которого впервые в системе возникает новый квантовый слой, содержащий один л-электрон (щелочной металл), и оканчивается элементом, у которого впервые в этом квантовом слое достраивается шестью электронами -подоболочка (благородные газы). Очевидно, что номер периода )авен главному квантовому числу электронов внешнего слоя. Например, атом натрия, открывающий третий период, и атом аргона, заканчивающий его, имеют конфигурации К 13л и К соответст- [c.60]

По вопросу дальнейшего развития теории химического строения Бутлеров писал Само собой разумеется, что, когда мы будем знать ближе натуру химической энергии, самый род атомного движения,— когда законы механики получат и здесь приложение,— тогда учение о химическом строении падет, как падали прежние химические теории, но, подобно большинству этих теорий, оно падет не для того, чтобы исчезнуть, а для того, чтобы войти в измененном виде в круг новых и более широких воззрений . Итак, автор теории химического строения предвидел приложение механики атом-ного мира (т. е. квантовой механики) к его теории. Именно применение квантовой механики к проблемам структуры вещества подняло теорию химического строения Бутлерова на новую, высшую ступень. Только в одном не прав был Бутлеров его теория не пала, а превратилась в общехимическую теорию, являющуюся фундаментом современной химии. [c.12]

Прежде чем начать обсуждение строения атома, мы познакомимся с некоторыми частицами, еще меньшими, чем атом, и узнаем, как они были обнаружены и каковы их свойства. Затем, в следующей главе, мы рассмотрим результаты применения квантовой механики к разработке теории строения атома. [c.56]

Таким образом, сравнение связей по кратности, непосредственно связывая кратность со значением какой-либо физической величины (например, электронного заряда или электронной энергии и т. д.), приходящейся на некоторый объем Ат пространства, без дополнительных условных предположений, не вытекающих из квантовой механики, всегда неоднозначно и содержит элемент неопределенности. Если ввести какие-либо условные ограничения, позволяющие однозначно сопоставить с каждой связью некоторый объем Ат, то значения кратности связей будут определены однозначно, но их смысл будет условным, вытекающим не только (а может быть и не столько) из квантово-механической теории строения частицы, но в большей или меньшей степени и из условий, принятых при определении Ат. [c.133]

Квантовая механика существенно изменила представления о строении атома. Если, по Бору, атом водорода состоит из положительно [c.36]

Наконец, не касаясь далее вопроса об отношении теории резонанса к квантовой механике, следует отметить, что теорию резонанса вряд ли следует считать часть классической структурной теории , т. е. теории химического строения. Они существенно отличаются по своему духу. Теория химического строения оперирует только объективно существующими частицами (молекула, атом) и формами их взаимодействия (химическая связь, взаимное влияние и т. п.). Она отражает важнейшие объективные закономерности. [c.98]

Несмотря на то, что теория строения атома Бора имела большое значение для развития физики, она не отражала действительную картину поведения электрона, так как совместить законы обычной механики и положения квантовой теории невозможно. Атом, построенный аналогично планетарной системе, не может существовать, так как движение по замкнутой орбите есть движение с ускорением, а всякое тело, несущее заряд и двигающееся с ускорением, непременно должно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Таким образом, электрон непрерывно теряет энергию и должен упасть на ядро. Вместе с тем атом стабилен, и это означает, что электрон не может быть обычной частицей, отличающейся от макротел только своими размерами. [c.15]

Несмотря на большой успех в объяснении спектров атом( в водорода, теория Бора оказалась не в состоянии объяснить спектры других атомов. Это побудило к созданию более общей квантовой теории, которая могла бы быть применена к различным сложным системам столь же успешно, как теория Бора для водорода. Дальнейшие исследования строения электронных оболочек атомов и характера взаимодействия электронов привели к рождению квантовой механики, которая позволяет успешно изучать системы, состоящие из микрочастиц. В отличие от классической механики, исследующей законы движения тел с большими массами, квантовая механика является механикой частиц малых масс. Хотя математический аппарат квантовой механики довольно сложен, а ее некоторые постулаты абстрактны, это не помешало бурному развитию квантовой теории строения вещества и привело к настолько важным практическим решениям, значение которых трудно переоценить. [c.16]

Уравнение Шредингера является основой всей квантовой механики. Однако решение этого уравнения связано с некоторыми трудностями. Как видно, уравнение Шредингера представляет собой дифференциальное уравнение второго порядка. Его решение, т. е. нахождение такой функции г)), которая в данном случае описывает движение электрона в атоме (молекуле), возможно только в простейших случаях. Примером таких простейших систем является атом водорода (один электрон движется в поле одного протона), водородоподобные ионы (He" " и т. п.) и ион (электрон движется в поле двух протонов). В остальных случаях, вследствие необходимости учета взаимодействия всех частиц системы, уравнение Шредингера принимает настолько сложный вид, что его решение невозможно даже с помощью современной мощной вычислительной техники. Поэтому в квантовомеханических расчетах, как правило, прибегают к различным упрощениям, в результате чего получают уравнения, математическое решение которых уже возможно. Таким образом, создаются приближенные квантовомеханические теории строения атомов и молекул. Характер этих теорий и границы их применения зависят от характера допущенных упрощений. [c.79]

Вскоре после создания волновой механики появились две работы, положившие начало рассмотрению многоэлектронных систем. Это — работа Гейзенберга (1926 г.), посвященная атому гелия, и работа Гейтлера и Лондона (1927 г.), в которой была рассмотрена молекула водорода. Таким образом, возник новый раздел квантовой механики, а именно квантовая химия. Этот раздел стал быстро развиваться. Появились методы валентных связей и молекулярных орбит. С помощью этих методов и их различных модификаций началось теоретическое рассмотрение строения разных классов химических соединений. Особенно успешно развивалась теория молекул с сопряженными связями, которая позволила сделать ряд предсказаний, впоследствии подтвержденных опытом. [c.5]

Так, система постулатов классической теории химического строения у В. М. Татевского существенно опирается на представление об эффективных атомах. Что понимается под этим термином В рамках классической теории,— пишет В. М. Татевский,— правильнее было бы говорить, что молекула представляет собой не единую связанную совокупность атомов, а может быть приближенно описана как единая совокупность неких эффективных атомов , т. е. атомов, измененных по отношению к свободным в результате их взаимодействия в частице Однако эффективный атом — это по сути дела атомный остов , с которым имеет дело квантовая теория строения молекул. Обоснование этого понятия дается в некоторых приближенных методах квантовой механики, например, в методе Хартри — Фока. [c.142]

Если по Бору атом водорода состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по круговой орбите с радиусом 0,529 А вращается электрон в виде точечного заряда, то с позиций квантовой механики картина строения атома углерода иная электрон движется не по определенной орбите, а может находиться в любом месте вокруг ядра атома. Однако вероятность его нахождения в различных местах атома не одинакова. Картина распределения величины вероятности нахождения электрона в пространстве [c.55]

Новые представления о строении электронных оболочек атома. Квантовая механика существенно изменила представления о строении атома. Если по Бору атом водорода состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по круговой орбите с радиусом 0,529 А вращается электрон в виде точечного заряда, то с позиций квантовой механики картина строения атома углерода иная электрон двигается не по определенной орбите, а может находиться в любом месте вокруг ядра атома. Однако вероятность его нахождения в различных местах атома не одинакова. Картина распределения величины вероятности нахождения электрона в пространстве вокруг ядра обычно обозначается как электронное облако. Если бы можно было сфотографировать с выдержкой быстро движущийся электрон, то самые различные положения его были бы зафиксированы на снимке, который представлял бы собой изображение облака, подобного представленному на рис. 31,i>, и др. Если проследить плотность электронного облака (т. е. вероятность нахождения электрона) в направлении радиуса атома, то окажется, что у самого ядра она равна нулю, потом быстро возрастает достигая максимального значения на расстоянии 0,529 А от ядра, а затем постепенно убывает. На рис. 31 сопоставлена схема строения атома водорода по Бору, его современная квантово-механическая картина и график, показывающий изменение плотности электронного облака в зависимости от расстояния от ядра атома. [c.59]

Особенность квантовой механики, в отличие от классической, заключается в широком использовании представлений теории вероятности при определении некоторых величин, характеризующих атом. Так, в теории строения атома Бора расстояние электрона от ядра (радиус орбиты) считалось важнейшей характеристикой атома. В квантовой механике принимается, что точное положение электрона в атоме определить невозможно можно указать только [c.8]

В значительной степени противоречия ядерной модели Резерфорда были устранены датским физиком Н. Бором, который в 1913 г. разработал теорию атома водорода. При этом он допустил что раз атом устойчив, значит есть в атомном пространстве орбиты, двигаясь по которым, электрон не теряет энергии, поэтому и не падает на ядро. Теория строения атома водорода была основана на законе классической механики о сохранении энергии и на квантовой теории излучения. [c.34]

Современная теория строения атома, основанная на квантовой (волновой) механике, представляет поведение электрона в атоме очень сложным. Электрон — частица определенной массы, движущаяся с большой скоростью. Вместе с тем электрон обладает и свойствами волны он движется по всему атомному объему и может находиться в любой части пространства вокруг ядра атом [c.47]

Для линий в спектре атома водорода волновая механика дает те же длины в 1ЛН, что и теория Бора — Зоммерфельда. И все же представления о строении атома водорода, к которым приходят па основе волновой механики, очень существенно отличаются от представлений теории Бора — Зоммерфельда. По Бору, в основном состоянии атома электрон движется вокруг ядра по круговой орбите. Поэтому атом должен иметь круговую симметрию. Согласно волновой механике, атом водорода обладает шаровой симметрией, причем не только в основном состоянии, но и в таких возбужденных состояниях, в которых, по Зоммерфельду, электрон движется по эллипсам с большим эксцентриситетом, а именно по орбитам с побочным квантовым числом й = 1. Эксперимент подтвердил правильность представления о строении атома [c.103]

С 1913 по 1925 г. квантовая механика одолела атом. С 1922 по 1935 г. все существенные тайны строения молекул открыты. Вот уже 10 лет, как быстрыми шагами двинулись химия и фотохимия на основах волновох механики. Можно думать, что через 10—20 лет задача освоения солнечной энергии встанет конкретно и тогда уже неотразимо, и, должно быть, вторая половина 20-го века так же будет эрой фотохимии, как вторая половина 19-го была эрой электричества. Но эта новая эра по размаху своему во много раз превзойдет старую. Здесь вопрос будет идти не о новой только форме энергии, но о том, что она станет даровой, как воздух, которым мы дышим [2]. [c.375]

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, изучающая общие закономерности движения и взаимодействия микрочастиц (элементарных частиц, атомных ядер, атомов и молекул) теоретическая основа современной физики и химии. К. м. возникла в связи с необходимостью преодолеть противоречивость и недостаточность теории Бора относительно строения атома. Важнейшую роль в разработке К. м. сыграли исследования М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, М. Борна и др. К. м. была создана в 1924—26 гг., благодаря трудам Л. де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга и П. Дирака. К. м. является основой теории многих атомных к молекулярных процессоБ. Она имеет огромное значение для раскрытия строения материи и объяснения ее свойств. На основе К. м были объяснены строение и свойства ато MOB, атомные спектры, рассеяние света создана теория строения молекул и рас крыта природа химической связи, раз работаиа теория молекулярных спектров, теория твердого тела, объясняющая его электрические, магнитные и оптические свойства с помощью К. м. удалось понять природу металлического состояния, полупроводников, ферромагнетизма и множества других явлений, связанных с природой движения и взаимодействием микрочастиц материи, не объясняемых классической механикой, [c.124]

Основы квантовомеханического рассмотрения атома водорода. Орбитали. Решения уравнения Шрёдингера даже для атома водорода весьма сложны. В то же время результаты, полученные при приложении квантовой механики к задаче атома водорода, имеют принципиальное значение для современной теории строения атомов вообще. Поэтому рассмотрим лишь узловые вопросы квантовомеханического представления атома водорода, опуская математические частности. Уравнение Шрёдингера (П1.19) применительно к атому водорода запишется [c.40]

ВОЗБУЖДЕННЫЕ СОСТОЯНИЯ, энергетич. состояния атомов и молекул и др. квантовых систем, характеризующиеся избыточной по сравнению с осн. состоянием энерн гией. Согласно принципам квантовой механики, атомы и молекулы устойчивы лишь в нек-рых стационарных состояниях, к-рым отвечают определ. значения энергии. Состояние с наинизшей энергией наз. основным, остальные-возбужденными. Изменение энергии атома при переходе из одного стационарного состояния в другое связано с изменением строения его электронной оболочки (см. Атом). [c.407]

Раз уж мы удостоверились, что квантовая механика объясняет свойства атомов и молекул, то нам подобает приспособить ход наших рассуждений к этой модели. Атом водорода —это пример, из которого можно получить наибольшее количество информации, ибо для него возможно точное решение уравнения Шредингера. Ни для какой другой системы из атомов (или молекул), включающей два или более электрона, точного решения нет, хотя можно ввести приближения, которые позволят подойти очень близко к истинным решениям. Такие многоэлектронные атомы будут рассмотрены в гл. 2, когда можно будет воспользоваться всемиТпреимуществами четкого понимания строения атома водорода. [c.35]

Строение атома и валентность. Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного электронной обо--лочкой с отрицательным зарядом. Первоначально предполагали, что атом можно представить себе в виде миниатюрной солнечной системы, в которой ядро играет роль солнца, а вокруг него движутся планеты — электроны. Однако вскоре выяснилось, что законы квантовой механики, действующие в микромире — мире элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.)— существенно отличаются от привычных обычных физических законов. [c.19]

Электронная оболочка атома. Благодаря успехам химии и физики в настоящее время знают, что химические явления связаны с процессами, происходящими в электронной оболочке атомов. Электронное строение атомов должно быть известно из курсов физики и неорганической химии здесь мы лишь кратко на- -помним о нем. Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного электронной оболочкой с отрицательным зарядом. Первоначально предполагали, что атом можно представить себе в виде миниатюрной солнечной системы, в которой ядро играет роль солнца, а вокруг него движутся планеты — электроны. Однако вскоре выяснилось, что законы квантовой механики, действующие в мире элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.), сущестьенно отличаются от привычных обычных физических законов. [c.25]

Зарождение квантовой механики относят к 1911 г., котда появилась гапотеза Резерфорда о ядерном строении атома. По модели Резерфорда атом состоял из ядра и расположенных вокруг него электронов. [c.23]

Книга была написана в первую очередь для лиц, изучающих химию, и предполагалось, что ею б дут пользоваться люди, уровень знаний которых соответствует первому году аспирантуры, поэтому ее объем и характер определялся представлением о том, что необходимо для таких аспирантов. Можно полагать, что химик, хорошо проработавший курс физической химии, имеет достаточно ясные общие представления о свойствах материи. С другой стороны, как я убедился на опыте, вполне вероятно, что он имеет лишь поверхностное знакомство со свойствами отдельных атомов. Это заключение, конечно, менее справедливо в наши дни, чем было несколько лет назад, однако оно служит достаточным основанием для оправдания включения в книгу изложения теории строения атома, которой посвящена, приблизительно, первая треть книги. Она начинается с краткого обзора развития атомистической теории в химии, за которым следует изложение роли физики в раскрытии более детального строения материи. Развивая эти представления вплоть до наиболее новых воззрений в теории атома, включая волновую теорию материи и квантовую механику, я излагаю их приложение к атому водорода, к свойствам элел1ентов и природе химической связи. Таким путем создан фундамент для разбора в последующих главах их оолее специализированного приложения. [c.9]