Теория квантовая атомов

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]

Так как квантовые числа I, т и не вносят ничего в энергию электронного состояния, то все возможные состояния в данном) радиальном уровне энергетически равны. Это значит, что в спектре будут наблюдаться только единичные линии, такие, как предсказывал Бор. Однако хорошо известно, что в спектре водорода существует тонкая структура, изучение которой было толчком к развитию теории Бора — Зоммерфельда для атома водорода. Очевидно, что простая форма волнового уравнения не вполне адекватно описывает атом водорода, и, таким образом, мы находимся в-положении, лишь немного лучшем того, когда опирались на модель атома Бора. [c.70]

Таким образом, теперь ясно видна необходимость использования трех квантовых чисел для описания энергии электрона. Каждое новое квантовое число вводилось для удовлетворения требований эксперимента. Однако даже с этими тремя квантовыми числами невозможно было полностью объяснить линейчатые спектры. Например, действие слабого магнитного поля приводит к так называемому аномальному эффекту Зеемана, который нельзя было понять на основе модели Бора — Зоммерфельда. Кроме того, у атома Бора и его вариантов было множество других недостатков. Одним из них, и, по-видимому, наиболее существенным, была невозможность применения теории Бора к более сложным атомам. Приложение ее к спектру даже такого простого атома, как атом гелия, приводило к полной неудаче, и все попытки понять основы периодической системы в рамках модели Бора были безуспешны. Это показывает, что все вышеизложенное верно только для одноэлектронной системы. Такое ограничение не имеет смысла, и поэтому очевидна необходимость найти что-то лучшее. [c.37]

Согласно спиновой теории валентности, атом азота, имеющий три неспаренных электрона, может образовывать в соединениях только три ковалентных связи. По той же причине атом кислорода образует две, а атом фтора — одну ковалентную связь. Более того, эти элементы относятся ко второму периоду системы Д. И. Менделеева. Б атомах их внешние электроны характеризуются главным квантовым числом п = 2, при котором возможны только два подуровня побочного квантового числа - и р-подуровни. Поэтому, даже при поступлении энергии извне, невозможно разъединение ( распаривание ) парных электронов с переходом их на следующий энергетический подуровень ( -подуровень). По этой причине ни в каких соединениях у азота не бывает ковалентности выше трех. У кислорода ковалентность всегда равна двум, а у фтора — единице. [c.59]

Для атома водорода уже в 1927 г. были получены точные решения уравнения Шрёдингера. Эти решения приводят к понятиям атомной орбитали, квантовых чисел и квантованию энергии, которые являются фундаментальными в современной теории валентности. Атом водорода состоит из электрона и протона. Если г — расстояние между этими частицами, то их потенциальная энергия равна — г. Так как протон значительно тяжелее электрона, при рассмотрении движения электрона в атоме водорода можно считать, что протон покоится и находится в центре масс. Тогда уравнение Шрёдингера для электрона в атоме водорода запишется [c.14]

Важную роль в квантовой теории атома играет теория простейших одноэлектронных атомных частиц (атом водорода и водородоподобные ионы Не+, Ь1 +, Ве +...), состоящих из ядра с зарядом +26 и электрона с зарядом — е . Обычно она называется теорией атома водорода. [c.51]

Понятие о квантовой теории атома. Выше был рассмотрен простейший по своей структуре атом — атом водорода, оболочка которого состоит из одного единственного электрона. Внутренняя структура многоэлектронных атомов значительно сложнее. Отметим важнейшее в этой области. [c.28]

Во-вторых, Бор объяснил происхождение и характер спектра водорода. Давно было известно, что атомы водорода, активированные каким-либо способом (нагреванием или действием электрического поля), излучают свет. Спектр этого излучения состоит из воли строго определенной длины, т. е. спектр излучения не с1 лошной, а линейчатый. Согласно квантовой теории света это означает, что возбужденный атом водорода излучает кванты, об- [c.25]

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]

I видимому, Л. Больцман. Тем не менее, большинство моделей этих систем детерминистские по своей сути. Другой недостаток, препятствующий моделированию сложных систем - стремление к описанию их на уровне взаимодействия элементарных частей системы. В сложных системах процессы являются стохастическими. Детерминированность таких систем кажущаяся. Квантовая теория изменила представления об атомах и молекулах. Одно из крупнейших достижений физики и химии XX века - теория гибридизации Л. Полинга, обычно понимается довольно узко как образование сложных электронных оболочек, хотя истинный смысл этой теории в том, что реальный атом в молекуле и изолированный атом таблицы Менделеева - разные вещества. То же относится к молекулам молекула в почве, лаборатории и организме - разные объекты. Состояние вещества зависит от среды. Природные геохимические и биогеохимические системы - почвы, нефти, водные биоценозы состоят из бесконечного числа компонентов. В природе нет и не может быть абсолютно чистого вещества. Понятие чистого вещества противоречит понятию памяти сред. В дальнейшем будет показано непостоянство закона постоянства состава. Кроме того, для таких систем характерны законы квантовой. логики. В конечном счете, это приводит к замыканию макромира таких систем [c.22]

Модель совмещается, сравнивается с частными объектами и для этого приспособлена. Теория относится вроде бы к широкому классу объектов, но ни с одним из них впрямую сравниваться не может. Пет теории атома водорода . Есть теория - квантовая механика, а модель построена с учетом большого числа дополнительных знаний атом состоит из точечных протона и электрона, они взаимодействуют по закону Кулона, даны заряды и массы. [c.17]

Точное решение стационарного уравнения Шредингера (1-27) возможно только для простейших систем (атом водорода, молекулярный ион водорода, гармонический осциллятор и т. д.). Большинство задач квантовой химии и механики решается с помощью приближенных методов. Наиболее важными подходами к получению приближенных решений являются вариационный метод и теория возмущений. Вариационный метод основывается на следующей [c.17]

Чем больше радиус сферы притяжения, т. е. чем выше реакционная способность коллоидных частиц и чем больше константа диффузии О, тем быстрее и полнее происходит коагуляция. Согласно квантовой теории химического строения в органической химии [227] наиболее реакционноспособными оказываются ато- [c.19]

Вопрос о расположении электронов вокруг атомного ядра в количественной, точной форме был впервые поставлен теорией Бора. В этой теории к атому были впервые применены квантовые представления, т. е. было пред- [c.30]

К этому следует добавить, что хотя в теории Бора (как и в квантовой механике) все стационарные состояния равноправны, отличаясь друг от друга только значениями энергии и других физических величин, в действительности же, по своему физическому характеру, они существенно различны в основном состоянии изолированный атом может находиться сколь угодно долго, тогда как в возбужденном — всего лишь порядка 10- с. Эта неравноценность состояний (хотя все они полагаются стационарными ) получила свое объяснение только в квантовой теории поля, [c.14]

Вычисленные по уравнению (60.3) значения Су для одноатомных твердых веществ при относительно высоких температурах близки к опытным данным, при низких же температурах их значения уменьшаются с температурой более резко, чем дает опыт. Например, для меди при 88 К С ,аыч(Си) = 14,14 Дж/(г-атом К), С1/.оп (Си) = = 13,85 Дж/(г-атом К), а при 33,4 К /, оп (Си) = 2,25 Дж/(г-атом х К), Су-.выч (Си) = 0,98 Дж/(г-атом К). Как видно, при 88 К совпадение и /,выч удовлетворительное, а при 33,4 К вычисленное значение теплоемкости меди в два с лишним раза меньше опытного ее значения. Для отдельных твердых веществ расхождение между Су.оп и Су.выч наблюдается при более высоких температурах, чем для меди. Примером может служить алмаз. Для него резкое различие между Су/,опИ Су,выч можно обнаружить даже при температуре 330 К. Наблюдаемые расхождения между Су,оп и Су, выч указывали, что квантовая теория теплоемкости твердого вещества, разработанная Эйнштейном, нуждалась в дальнейшем совершенствовании. Основное допущение Эйнштейна, что все атомы в узлах кристаллической решетки колеблются с одной частотой, оправдывается не при всех температурах. [c.202]

Атом первого элемента в Периодической системе — водорода — обладает наипростейшим строением. Он состоит всего из двух частиц протона и электрона, — между которыми существуют лишь силы притяжения. Не случайно именно для атома водорода оказалась успешно применимой первая квантовая теория — теория Бора, и только для этого атома волновое уравнение Шредингера имеет точное решение. [c.292]

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]

Итак, номер периода в таблице Менделеева равен главному квантовому числу для электронов внешних орбит, а номер группы определяет общее число электронов на этих орбитах. Все сказанное справедливо только для невозбужденных атомов, обладающих минимальным значением полной энергии. Атомы всех элементов, подобно атому водорода, могут быть возбуждены, и при этом часть электроиов в них располагается на орбитах с главным квантовым числом, большим, чем номер периода. Теория многоэлектронных атомов является весьма сложной и до настоящего времени полностью не разработана. Тем не менее, для приблизительных оценок атомы любых элементов могут рассматриваться как водородоподобные. Так, например, при определении энергии возбуждения [c.56]

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]

В первой главе, посвященной атому, сначала рассматриваются состав атома, затем его структура, коротко упоминаются основные модели, существовавшие до современной теории, базирующейся на квантовой механике. В конце главы приводятся некоторые из основных свойств атома. [c.7]

Мы лишь вкратце покажем, как эта теория связана с квантовой механикой и как такая связь позволяет дать определение средних значений атомных свойств. Атом является открытой квантовой системой, допускающей обмен зарядом и импульсом с соседними атомами. Такие системы можно описать, распространив вариацию квантовых интегралов действия на открытую систему. Следствием определения атома как объединения аттрактора и его бассейна является то, что атом ограничен поверхностью S(r), поток Vp(r, X) через которую локально равен нулю [c.63]

Классический подход к исследованию конформаций был предложен в 1946 г. Т. Хиллом [65] и независимо в том же году Ф. Уэстгеймером и Дж. Майером [66]. Существенный вклад в развитие теории метода атом-атомных невалентных взаимодействий, его применение и популяризацию внес А.И. Китайгородский [67-71]. Подход к оценке взаимодействий включает ряд отнюдь неочевидных допущений и с физической точки зрения не выглядит достаточно строгим. Его аппроксимация реальных внутримолекулярных взаимодействий базируется на механической модели, согласно которой молекула представляется системой точечных масс -атомов без учета их электронно-ядерной структуры и квантовой природы. Атомы соединены валентными связями, которые, как правило, предполагаются жесткими. Пространственное строение такой модели молекулы определяется разного рода взаимодействиями между всеми валентно несвязанными атомами в попарно-аддитивном приближении и ограниченной свободой вращения вокруг всех ординарных связей. Следовательно, предполагается, что взаимодействие между любой парой валентно-несвязанных атомов не зависит от внутримолекулярного окружения, т.е. имеет универсальный характер и определяется исключительно природой атомов и расстоянием между ними. [c.112]

Согласно теории Бора, атом водорода состоит из одного ядра с зарядом +е и одного электрона с зарядом —е, вращающегося по одной из возможных круговых орбит, энергия которой возрастает с увеличением квантового числа п. Каждая орбита соответствует одному терму на рассмотренной выше диаграмме термов (см. рис. 16). При поглощении энергии электрон переходит с орбиты основного состояния (л = 1) на высшую орбиту с большей энергией (л > 1). Когда электрон возвращается на одну из разрешенных орбит, он испускает одну из спектральных линий. Частота испускаемой линии определяется разностью энергий двух орбит (рис. 17). В теории Бора орбита с квантовым числом л = оо соответствует положению, когда электрон, поглотивший очень большую энергию, настолько удален от ядра, что уже не принадлежит атому. Если неподвижный электрон, находящийся на большом расстоянии от ядра, упал бы на одну из разрешенных орбит, то испускалась бы частота, соответствующая границе одной из серий спектральных линий. В действительности электрон, пришедший извне, никогда не бывает неподвижным — он обладает кинетической энергией, которая дополняет энергию орбиты, соответствующей границе серии п — оо). Поскольку кинетическая энергия такого электрона не квантована, полученный спектр имеет участок, который состоит из множества очень близких друг к другу линий, т. е. является сплошным спектром (см. заштрихованный участок на рис. 15) в области малых длин волн. [c.73]

Эти данные объясняются с помощью квантовой механики. Рассмотрим вторую формулу азотной кислоты (И). Нет никаких оснований отдавать предпочтение одной из этих формул, поскольку они содерл<ат одни и те же атомы и одинаковые числа электронов. Следует отметить, что эти две формулы отличаются только положением некоторых пар электронов (неподеленные пары и п-электроны). Можно даже представить себе, что неподелеиная пара электронов координационно связанного кислорода формулы I становится л-связью, а л-электроны формулы I становятся неподеленной парой электронов у другого атома кислорода. В результате смешения электронов (показанного изогнутыми стрелками в фор.муле П1) I переходит в П. Такое перемещение электронов возможно потому, что не участвующие в образовании связи электроны и л-электроны гораздо более подвижпы, чем электроны а-связи. Они стремятся распространить свое волновое движение в поле всех находящихся в их распоряжении атомов. Согласно теории квантовой механики, если молекула содержит подобные электроны на соседних орбиталях, эти орбитали комбинируются, образуя расширенные молекулярные орбитали, которые занимают электроны обеих исходных орбиталей. За счет такого более полного перекрывания электронных облаков молекула стабилизируется. Одновременно межатомные расстояния сокращаются. [c.99]

Другой недостаток, препятствующий моделированию сложных систем -стремление к описанию их на уровне взаимодействия элементарных частей системы. Применительно к физико-химическим и экологическим системам такой подход опасен по двум причинам. Во-первых, не ясен детальный химический состав природных систем. Во-вторых, неизвестна вся совокупность химических превращений. Квантовая теория изменила представления о атомах и молекулах. Одно из крупнейших достижений физики и химии XX века — теория гибридизации Л, Полинга, обычно, понимается довольно узко, хотя испи1иый И)l л этой теории в том, что атом в молекуле и нзолированньит атом совершенно разные вещества. [c.45]

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]

Рассмотрим теперь квантовую теорию теплоемкости идеальных кристаллов. Будем подразумевать под идеальным кристаллом очень упрощенную модель твердого тела. В каждом узле правильной кубической кристаллической решетки находится по одному атому данного вещества. Атомы совершают гармонические колебания около положений равновесия. Поэтому эти атоАШ называются гармоническими осцилляторами. Примем в [c.29]

Проблемы, существовавшие в то время в теории строения атома, не были проблемами, касающимися исключительно расположения электронов и ядра в атоме. Следовало еще выяснить, как атом может дать дискретный спектр, если этот спектр испускается атомом как таковым. Ни Томсон, ни Резерфорд не могли дать удовлетворительного ответа на этот вопрос. Важный вклад был сделан в 1907 г. Конвэем, который впервые попытался объяснить это явление в плане квантовых идей. Не используя никакой атомной модели, Конвэй сделал заключение о том, что атом испускает энергию, соответствующую спектральной линии, и что появление полного спектра объясняется очень большим числом атомов, в каждом из которых один электрон находится в возбужденном состоянии. [c.29]

Основные положения спиновой теории валентности примени-тельво к ковалентной связи являются правильными. Но даваемые ею менкретные указания по ряду вопросов нередко противоречат опыту, что обусловлено, очевидно, тем, что квантовые уровни ато-М01 в молекулах отождествляются с квантовыми уровнями изоли-рошаниых атомов. Этим недостатком не страдает метод молекулярных орбиталей, дающий теоретическое обоснование нелокализо-ванной связи. [c.76]

Квантовая механика основана на том, что все существующее и происходящее в окружающем нас мире — вещества, излучения, процессы — имеет прерывистую (дискретную) природу. Из этого следует, что любой объект изучения нельзя делить беспредельно, не изменяя его природу, так как он состоит из определенного числа (может быть очень большого, но не бесконечного) отдельных порций (квантов). Устойчивость атома была объяснена Н. Бором (1913) на основании понятия о квантовании энергии. Атом не излучает и не поглощает энергию при движении электронов только по определенным (стационарным) орбитам. По теории Бора орбита является стационарной, если электрон на ней обладает моментом количества движения Шеиг), равным целому числу п квантов действия Шеиг = пк/2п. [c.27]

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]

Таким образом, и вещества с дефицитом валентных электронов, по существу, выходят за границы применимости МВС. Факты, не объяснимые существующими теориями, — писал А. М. Бутлеров, — наиболее дороги для науки, от их разработки следует по преимуществу ожидать ее развития в ближайшем будущем . Другой метод квантовой химии — метод молекулярных орбиталей (ММО) — объясняет химическую связь в ковалентных веществах, а также в соединениях с избытком и с дефицитом валентных электронов, 36. Понятие о методе молекулярных орбиталей. Бо. 1ее универсальным квантовохнми-ческим методом описания химической связи служит метод молекулярных орбиталей (ММО), развитый в трудах Леннарда-Джонса, Г унда и особенно Малликена В этом методе состояние электронов в многоатомной системе описывается молекулярными орбиталями (МО), подобно тому как электроны в атомах характеризуются атомными орбиталями (АО). При этом и АО и МО представляют собой одноэлектронные волновые функции атома или молекулы соответственно. Разница заключается в том, что АО — одноцентро-Бые, а МО—многоцентровые орбитали. Итак, ММО — квантовохимический метод описания химической связи, рассматривающий молекулу и другие многоатомные системы, как многоядерный атом , в котором электроны заселяются по молекулярным орбиталям. [c.120]

Энергия, связанная с каждым типом шижсния, квантована. Когда мы начинаем размышлять над вращением молекул и энергией электронов в втомах и молекулах, мы должны учитывать роль квантовой теории, управляющей их поведеннс.м. На рне. 5 приведены некоторые примеры расположения энергетических уровней в типичных системах. Атомы и молекулы, свободно движущиеся в каком-то участке пространства, обладают поступательной энергией, которая может иметь любой уровень, показанный на рис. 5,а. Расстояние между соседними уровнями настолько мало, что для большинства целей можно не обраи]ать вни-мания на квантованноегь поступательной энергии даже для атомов. [c.17]

Следующим атомом, который мы построим, будет атом лития (2=3). Первые два электрона занимают 15-орбпталь, еще более притянутую к ядру его зарядом Зе, Однако третий электрон не. может присоединиться к первым двум, поскольку существует еще один важный принцип квантовой теории, который запрещает занимать какую-либо орбиталь более чем двум электронам. Этот принцип называется принципом исключения Паули. [c.486]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология