Квантовая теория спектров

Связь структурного фактора с электронными свойствами металлов. Одним из физических свойств металлов, непосредственно связанных с ближним порядком и энергией взаимодействия частиц, является электропроводность. Развитие квантовой теории твердого тела привело к выводу, что электропроводность жидких металлов можно вычислить теоретически по экспериментальным данным для структурного фактора а(5), задавая Фурье-образ потенциальной энергии взаимодействия электронов с атомами расплава. Основная идея, на которой базируются расчеты электропроводности, состоит в том, что рассеяние электронов проводимости жидкого металла описывается структурным фактором, аналогичным для рентгеновского излучения или нейтронов. Заметим, что структурный фактор рассеяния электронов проводимости ограничен значениями 5, которые для одновалентных металлов находятся слева от первого максимума а 8), а для двух (и более) валентных металлов —справа от него. В то же время, по данным рассеяния медленных нейтронов и рентгеновских лучей длиной волны X = 0,5—0,7 А, структурный фактор определяется до 5 = 15—20 А"1. Выясним, чем же обусловлено такое различие а(5). По современным представлениям, электроны проводимости металла нельзя рассматривать как свободные. Их движение в кристалле модулировано периодическим силовым полем решетки. Непрерывный энергетический спектр свободных электронов в -пространстве распадается на зоны разрешенных энергий — зоны Бриллюэна, разделенные интервалами энергий, запрещенными для электронов. На шкале энергий Е к) зоны Бриллюэна изображают графически в виде полос разрешенных значений энергии и разрывов между ними (рис. 2,13). В трехмерном/г-пространстве они имеют вид многогранников, форма которых определяется симметрией кристаллических решеток, а размеры — параметрами решетки. Для гранецентрированной кубической решетки первая зона Бриллюэна представляет собой октаэдр, а для объемно-центрированной решетки — кубический додекаэдр. [c.52]

Таким образом, квантовая теория объяснила особенности периодической системы, вскрыла физическую сущность периодического закона и тем самым способствовала его упрочению. В свою очередь периодический закон был той путеводной нитью, которой пользовались создатели квантовой механики и теории спектров. [c.63]

Строение электронной оболочки атома по Бору. Как уже указывалось, в своей теории Нильс Бор исходил из ядерной модели атома. Основываясь иа положении квантовой теории света о прерывистой, дискретной природе излучения и на линейчатом характере атомны.х спектров, ои сделал вывод, что энергия >лектронов в атоме не может меняться непрерывно, а изменяется скачками, т. е. дискретно. Поэтому в атоме возможны не любые энергетические состояния электронов, а лишь определенные, разрешенные состояния. Иначе говоря, энергетические состояния электронов в атоме квантованы. Переход из одного разрешенного состояния в другое совершается скачкообразно и сопровождается испусканием или поглощением кванта электромагнитного излучения. [c.66]

Квантовая теория дает следующее объяснение спектрам комбинационного рассеяния. [c.255]

Квантовая теория была создана при объяснении спектра излучения абсолютно черного тела (распределение колебательной энергии). М. Планк допустил, что энергию в форме лучей испускает движущийся в твердом теле электрон. Этот электрон является осциллятором и он может испускать энергию квантами (порциями), что отражается формулой [c.33]

Атомная модель старой квантовой теории. Спектры атомов состоят из ряда отдельных линий, т.е. атомы поглощают и испускают излучения, имеющие определенные частоты отсюда следует, что в атомах возможны лишь определенные энергетические уровни, состояния с промежуточными энергиями не могут существовать. Когда атом переходит [c.56]

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]

Эти полосы обязаны своим происхождением вращательному движению атомных ядер, входящих в состав молекулы [1], вокруг осей X, V или Z. Частоты, соответствующие этим линиям, определяются уравнением, вытекающим из квантовой теории спектров [c.814]

Уникальность методов рентгено- и фотоэлектронной спектроскопии — в возможности детального изучения тонких поверхностных слоев. При совместном использовании нескольких методов, включая применение оже-микрозонда, открывается возможность исключительно тонкого локального, а с ионным травлением — и профилированного послойного анализа твердых образцов с разрешением по поверхности 50—200 нм, а по глубине от 1 до нескольких нанометров. Уникальны также количественные энергетические характеристики, получаемые из фотоэлектронных спектров, и представляющие опорные данные для развития квантовой теории строения молекул и веществ. [c.165]

Наблюдаемые спектры характеризуются не только положениями полос и линий излучения или поглощения на шкале частот, но и их интенсивностями (яркостями) В квантовой теории взаимодействия электромагнитного излучения и вещества (атомов и молекул) показывается, что в случае простого поглощения или излучения, когда происходит переход между двумя стационарными энергетическими состояниями молекул (между уровнями энергии) с поглощением или излучением только одного кванта, интенсивность линии или полосы определяется квадратом так [c.337]

Квантовая теория атомов. Подтверждение результатов, теоретического расчета спектров атома водорода показало, что основные положения квантовой теории правильно отражают процессы, происходящие в атоме водорода. Естественно ожидать, что с теми или другими усложнениями эти положения могут быть применимы и к атомам других элементов. В самом деле, электронные оболочки (энергетические уровни) К, Ь, М, N... отвечают соответствующим орбитам (энергетическим уровням) К, I, М, N... водородного атома. [c.36]

Большое влияние на последуюш,ее развитие учения о строении вещества оказало открытие квантовой природы лучистой энергии и разработка квантовой теории. В результате исследования закона распределения энергии в спектре температурного излучения (абсолютно черного тела) Планком было установлено, что испускание и поглощение атомом лучистой энергии происходит порциями е, которые были названы квантами. Из этих работ следовало, что в атоме имеются определенные уровни энергии и излучение или поглощение энергии атомом сопряжено со скачкообразным переходом электронов в различные энергетические состояния, отвечающие определенным уровням энергии. [c.16]

Из основного уравнения квантовой теории АЕ=Ьх=кс1% следует, что излучение видимой части спектра отвечает энергии квантов (фотонов) излучения [c.219]

Квантовая теория теплоемкости Дебая. В теории П. Дебая (1912) кристалл рассматривается не как дискретное тело, а как упругий континуум (однородная изотропная непрерывная упругая среда), участвующий в колебаниях со всеми возможными частотами. Тогда задача определения спектра твердого тела становится аналогичной задаче определения спектра колебаний струны. [c.73]

Как и в других областях физики и химии, в теории строения атома было предложено большое число теоретических моделей, и, конечно, в будущем будут появляться и другие модели. Каждая следующая модель обычно была в том или ином смысле лучше пре-дыдущих. Однако ни одна из них не получила такого всемирного признания, как предложенная в 1913 г. Нильсом Бором модель водородоподобных атомов . Используя структурную идею атома Резерфорда, Бор с успехом применил концепции квантовой теории для объяснения как происхождения линий спектра, так и устойчивости атома. [c.29]

Теория строения атома водорода по Бору. На основе модели Резерфорда, учения Эйнштейна о световых квантах (1905), квантовой теории излучения Планка (1900) в 1913 г. датским физиком Н. Бором была предложена теория строения атома водорода. Эта теория позволила объяснить свойства атома и в первую очередь происхождение линий спектра. Бор предположил, что движение электрона в атоме ограничено индивидуальной устойчивой орбитой. До тех пор, пока электрон находится на этой орбите, он не излучает энергии. Если длина круговой орбиты радиусом г равна 2л/ , то условие устойчивости орбиты следующее [c.12]

Объяснение электропроводности металлов, полупроводников и диэлектриков дается на основе квантовой теории строения кристаллических тел — так называемой зонной теории. Рассмотрим некоторые общие положения этой теории. Переход атомных паров в кристаллическое вещество можно рассматривать как химическую реакцию, так как оптические, термодинамические, электрофизические и другие свойства твердых тел отличаются от свойств газов. Важно отметить, что атомные спектры газов имеют линейчатое строение, а спектры твердых тел имеют сплошной характер или полосатую, очень сложную структуру. Уже при взаимодействии двух одинаковых атомов дискретные атомные энергетические уровни расщепляются и превращаются в полосы. Тем большее расщепление уровней происходит, когда большое число N атомов, например лития, сближается с далеких расстояний до расстояний, на которых они находятся в кристаллической решетке. На рис. 70, а это расстояние между ядрами обозначено на оси абсцисс буквой о- По оси ординат отложена энергия. Находясь на больших расстояниях, атомы не взаимодействуют друг с другом, и диаграмма уровней будет такая же, как и для изолированного атома лития (1 25 ). При сближении атомов начнется взаимодействие между ними, прежде всего у каждого из них станет расщепляться уровень валентных электронов (2х). Уровень 2з) расщепляется в систему весьма близко расположенных N уровней, образуя целую полосу (зону) уровней. Более глубокие уровни при образовании кристалла оказываются совсем не расщепленными или только незначительно расщепленными. [c.233]

Иногда утверждают, что периодическую систему можно было бы вывести из наблюдений над атомными спектрами и применением квантовой теории. Такая возможность весьма сомнительна. [c.60]

Все современное учение о спектрах электромагнитного излучения базируется на квантовой теории, согласно которой атомная система является устойчивой лишь в определенных стационарных состояниях, соответствующих некоторой дискрет([он или непрерывной последовательности значений энергии ). [c.6]

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]

Согласно этой теории, энергия излучается не непрерывно, а определенными порциями, являющимися кратными некоторого кванта действия К). Величина излучаемого кванта энергии тем больше, чем больше частота колебаний излучения, т. е. чем меньше длина его волны (II 2). Например, фиолетовые лучи имеют большую энергию, чем красные. В электромагнитном спектре (рис. 111-12) наибольшей энергией обладают у-лучи, наименьшей — радиоволны. Величину кванта энергии ( в эргах ) для любого электромагнитного излучения можно вычислить из соотношения Е = Н, где к — квант действия эрг-сек) и V — частота колебаний рассматриваемого излучения. Квантовая теория подтверждена обширным опытным материалом и является в настоящее время общепринятой. [c.78]

Блох Феликс (р. 1905)—физик, один из основоположников квантовой теории твердого тела. Разработал теорию энергетического спектра кристалла. Открыл ядерный магнитный резонанс. Лауреат Нобелевской премии. [c.186]

Для объяснения законов распределения энергии в спектрах нагретых твердых тел Планком в 1900 г. была развита квантовая теория. Планк допускал, что энергия излучается атомами не непрерывно, а порциями — квантами (фотонами). Энергия кванта пропорциональна частоте излучаемого света [c.59]

Жидкий Не — изотропная ферми-жидкость, состоящая из частиц, не имеющих заряда. Теория такой квантовой ферми-жидкости была развита Л. Д. Ландау [82], его учениками Л. П. Питаевским, И. М. Халатниковым, А. А. Абрикосовым [83] и рядом других теоретиков [84]. Согласно этой теории спектр квантовых возбужденных состояний изотропной ферми-жидкости подобен спектру квантовых состояний идеального ферми-газа. [c.256]

Это формула Борна, а приближенный способ вычисления волновой функции (94), основанной на теории возмущений, называется борновским приближением. ЭтЬ приближение используется в основном для описания рассеяния на малые углы. Однако часто оно оказывается вполне достаточным для качественного понимания процесса рассеяния с его помощью удобно делать первоначальные оценки, поскольку строгая квантовая теория рассеяния чрезвычайно сложна в математическом отношении. Теория возмущений, как мы видели, позволяет рассматривать рассеяние как квантовый переход в состояниях непрерывного спектра из начального состояния, соответствующего свободному движению [c.101]

Согласно П. п., в атоме не м. б. двух электронов, характеризуемых одинаковыми наборами всех четырех квантовых чисел и, I, ГП1, ш , т. е. одну и ту же атомную орбиталь (при заданных п, I, ГП1) не могут занимать электроны в одинаковом спиновом состоянии. Поскольку у электрона возможны только два спиновых состояния, характеризуемые спиновыми квантовыми числами -Ь /г и — /г, то одну орбиталь могут занимать не более двух электронов. П. п. позволил дать совр. интерпретацию периодич. закона Менделеева он имеет важнейшее значение для объяснения атомных и молекулярных спектров, для квантовой теории тв. тела, теории ядра, ядерных р-ций и р-ций с участием элементарных частиц. Ю. А. Пентан [c.424]

Все это приведет к тому, что правило 2и начинает нарушаться, особенно для атомов, где электронов много Тем не менее оно продолжает сохраняться как достаточно хорошее приближение к реальности Наличие нескольких электронов в атоме приводит еще к одному следствию, а именно к тому, что происходит расщепление уровней, отвечающих одному и тому же значению главного квантового числа В результате в области, соответствующей энергии с заданным значением главного квантового числа, появится целая группа уровней Разумеется, это приведет к усложнению спектра, который становится гораздо более богатым линиями, чем в том случае, когда между отдельными электронами нет взаимодействия Современная квантовая теория атомов позволяет не только понять основные закономерности в спектрах, но и с большой степенью точности рассчитать положение отдельных линий Очень хорошее совпадение рассчитанных и экспериментальных частот подтверждает правильность ис- [c.50]

Книга всесторонне и доходчиво, а самое главное методологически правильно знакомит с теорией химической связи и результатами ее применения к описанию строения и свойств соединений различных классов. Сначала изложены доквантовые идеи Дж. Льюиса о валентных (льюис овых) структурах и показано, что уже на основе представлений об обобществлении электронных пар и простого правила октета при помощи логических рассуждений о кратности связей и формальных зарядах на атомах удается без сложных математических выкладок, как говорится на пальцах , объяснить строение и свойства многих молекул. По существу, с этого начинается ознакомление с пронизывающими всю современную химию воззрениями и терминами одного из двух основных подходов в квантовой теории химического строения-метода валентных связей (ВС). К сожалению, несмотря на простоту и интуитивную привлекательность этих представлений, метод ВС очень сложен в вычислительном отношении и не позволяет на качественном уровне решать вопрос об энергетике электронных состояний молекул, без чего нельзя судить о их строении. Поэтому далее квантовая теория химической связи излагается, в основном, в рамках другого подхода-метода молекулярных орбиталей (МО). На примере двухатомных молекул вводятся важнейшие представления теории МО об орбитальном перекрывании и энергетических уровнях МО, их связывающем характере и узловых свойствах, а также о симметрии МО. Все это завершается построением обобщенных диаграмм МО для гомоядерных и гете-роядерных двухатомных молекул и обсуждением с их помощью строения и свойств многих конкретных систем попутно выясняется, что некоторые свойства молекул (например, магнитные) удается объяснить только на основе квантовой теории МО. Далее теория МО применяется к многоатомным молекулам, причем в одних случаях это делается в терминах локализованных МО (сходных с представлениями о направленных связях метода ВС) и для их конструирования вводится гибридизация атомных орбиталей, а в других-приходится обращаться к делокализованным МО. Обсуждение всех этих вопросов завершается интересно написанным разделом о возможностях молекулярной спектроскопии при установленни строения соединений здесь поясняются принципы колебательной спектро- [c.6]

В основе всей теории строения и свойств молекул и, следовательно, в основе как квантовой химии (как самостоятельного раздела науки), так и теории спектров лежит адиабатическое приближение [c.335]

Квантовая теория, которая в начале XX в. произвела переворот в физике, необходима для понимания химии. Например, спектры, строение периодической системы, конфигурации молекул и их свойства нельзя объяснить без квантовой теории. В первой главе этой части рассмотрено историческое развитие квантовой теории и ее применение к простым модельным системам, включая частицу в ящике, гармонический осциллятор и атом водорода. Однако из-за сложности математических расчетов невозможно провести полное рассмотрение. В следующей главе даны основные представления о симметрии, так как простые молекулы и их волновые функции обладают высокой симметрией. [c.361]

Это явление, предсказанное Лоренцом еще задолго до появления квантовой теории спектров, обнаружено на опыте Зееманом (рис. 20) оно носит название з дбекота Зеелама. В схеме, приведенной на рисунке, J—источник света, помещенный между полюсами электромагнита, и 8р — щель спектрографа [c.41]

Попытки Планка найти объяснение распределению энергии по частотам в спектре излучения черного тела завершились построением в 1900 г. квантовой теории. Он вывел следующее теоретическое уравнение для зависимости спектральной плотпости потока излучения абсолютно черного тела от длины волиы и температуры, Вт/м- [c.192]

Окраска молекул. Теория молекулярных орбиталей позволяет также объяснить окраску соединений. Окраска является результатом избирательного поглощения соединением лучей видимой части электромагнитного спектра. Так, если соединение поглощает лучи желто-зеленой части спектра, т. е. лучи с длиной волны 500—560 нм, то наблюдаемая окраска вещества оказывается фиолетовой. Именно такую окраску имеет, например, молекулярный иод. Тип энергетической диаграммы орбш дей иода аналогичен таковой диаграмме молекулы фтора. Можно считать, что окраска иода в основном обязана переходу электрона при возбуждении с яР Р-орбитали на свободную оР р.ор. биталь. Этот переход согласно фундаментальному уравнению квантовой теории [c.93]

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]

Люди, разрабатывавшие квантовун теорию и методы интерпретации атомных спектров, воспитывались на традициях, в которых менделеевская классификация была частью научного климата века. Разобраться в с.южных атомных спектрах было бы невозможно без сознательного применения периодической системы. Квантовая теория. несмотря на ее триу.иф, не превзошла достижений Д. И. Менделеева в точном предсказании свойств до того неизвестных скандия, галлия и германия. Однако квантовая теория действительно устранила некоторые недостатки периодической системы. [c.60]

Квантовая теория показывает, что у окрашенных тел и растворов энергия возбуждения молекул должна находиться в пределах от 35 до 70 ккал1моль, если больше 70 ккал1моль — поглощение происходит в ультрафиолетовой области спектра меньше 35 ктл моль — в инфракрасной области. Окраска берлинской лазури связана с осцилляцией электрона между атомами Fe (II) и Fe (III). Поглощение электромагнитных колебаний света веществами разного состава неодинаково. [c.32]

Для люминесцеиции характерно то, что часть энергии возбуждения неизбежно теряется в виде тепла. Поэтому энергия квантов света, выделяющегося при люминесценции, будет меньше, чем энергия квантов возбуждающего света. Иначе говоря, длина волны люминесцентного свечения будет всегда больше, чем длина волны возбуждающего света, за исключением небольшого участка спектра, где полосы возбуждения и люминесценции перекрываются. Эта завнсимостг, была установлена еще до квантовой теории и известна как правило Стокса — Ломмеля спектр люминесценции всегда смещен в сторону более длинных волн по сравнению со спектром поглощения (рис. 18.2). [c.355]

Объяснить, почему атомные и молекулярные спектры являются иодтпержденисм квантовой теории (стр. 431). [c.417]

Ее предшественница, так называемая старая квантовая теория, была введена датским физиком Нильсом Бором в 1913 г. при объяснении спектров атома водорода далее она была развита рядом исследователей, в частности немецким физиком Арнольдом Зоммерфсльдом. [c.17]

На основе К. х. разработана теория электронных спектров поглощения и люминесценции молекул, фотоэлектронных и рентгеноэлектронных спектров. Квантовая теория электрич и магн. св-в молекул способствовала внедрению в химию физ. методов исследования, в частности ЭПР, ЯМР и ЯКР, и значительно облегчила интерпретацию эксперим. результатов. Получено большое число расчетных данных по вероятностям электронных переходов, временам жизни возбужденных состояний и спектроскопич. постоянньпи молекул. [c.367]

В предыдущих главах достаточно подробно рассматривались свойства молекул как индивидуальных объектов, не взаимодейстцюпщх друг с другом Для этих объектов существует только один тип реакций, которые получили название мономолекулярных В результате таких реакций происходит превращение (спонтанное или иидущдюваниое, например, светом — фотохимические реакции) одного пространственного изомера в другой Например, бензола в призман Этот процесс может быть описан либо как процесс перехода молекулы из одного минимума потенциальной поверхности в другой той же поверхности, либо как переход из минимума данной поверхности в минимум фугой Это простейший тип реакций, достаточно легко изучаемый и рассчитываемый методами квантовой химии и теории спектров (если речь вдет о фотохтши) Наиболее массовым типом реакций является, однако, другой В общем случае после сближения, например, двух моле А и В образуются новые индивидуальные объекты С (в реакции присоединения А + В -> С ) или С, О, [c.171]

Другое дело, что проведение лишь последовательных квангово-хими-ческих расчетов не обеспечивает как правило, тре емой для спектрохимических исследований точности Поэтому необходима коррекция численных значений соответствующих параметров путем сравнения с экспериментом Такая коррекция осуществляется средствами решения так называемых обратных спектральных задач (ОСЗ, см гп 2) Собственно, в квантовой химии такие задачи обычно не решаются, хотя подбор простым методом проб и ошибок эффективных параметров дпя многочисленных полуэмпЕрических методов и производится В теории спектров процедура решения обратных задач хорошо развита и могла бы быть, ко-нечио, с успехом применена и в квантовой химии. По-видимому, для этого еще ие настало время [c.364]