Квантово механическая модель атома.

(В результате развития учения строения атома с одной стороны и природы света с другой.)

В начале XX века в физике утвердился принцип «корпускулярно-волнового дуализма». Свет распространяется как электромагнитная волна, но линейчатый характер спекторов атома водорода, явление фотоэффекта, свидетельствует, что свет есть поток частиц, такая двойственность природы света позволили Де Бройлю в 1924 году высказать гипотезу, что всякая микрочастица (в том числе электрон) ведут двойственные свойства.

,

т.е. частица массы m двигаясь со скоростью , может стать источником электромагнитного излучения с длиной волны . Волновые свойства электронов были подтверждены в 1925 году Дейнисом и Джерлином, они наблюдали прохождение катодных лучей через кристаллы никеля, таким образом гипотеза Де Бройля нашла свое практическое подтверждение и стала основой для развития нового раздела физико- квантовой механики - изучение движения частиц.

Основной принцип квантовой механики.

Уравнение Шредингера (волновое уравнение):

Решить уравнение Шредингера – это определить значение волновых функций, для которых могут быть по уравнению рассчитаны энергии взаимодействия электронов с атомами. Функции должны удовлетворять условиям конечности, однозначности и непрерывности. Эти условия наблюдаются, если содержит некоторые безразличные параметры, принимает значения натурального ряда чисел, и представляют собой так называемые квантовые числа. Значения квантовых чисел зададут значения волновой функции, а она соответственно энергетическое состояние электрона в атоме, т.о. квантование энергии электрона в квантовой механике вытекает из самой формы его основного уравнения.

Квантовые числа.

Состояние электрона в квантовой системе определяется четырьмя квантовыми числами: n, l, . Следовательно, в квантовой системе не могут существовать электроны, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа.

1. Главное квантовое число (ввел Бор) .

Физический смысл: задает размер атомной орбитали и определяет энергетический уровень электрона в атоме.

2. Орбитальное квантовое число, .

Физический смысл: определяет форму атомной орбитали, энергетический уровень.

Атомная орбиталь (АО) – это область околоядерного пространства, для которой вероятность нахождения электрона составляет 95%. Каждый электрон в атоме занимает соответствующую АО, т.е. область определенного размера (n), определенной формы (l) и определенной ориентации в магнитном поле земли. АО могут быть одинакового размера, но разной формы, следовательно, размер задаст энергетический уровень, а форма – энергетический подуровень.

Численным значениям орбитального квантового числа в квантовой механике даня соответствующие буквенные значения:

Пример: n=2

l = 0 (s-орбиталь) или l = 1(p-орбиталь)

l = 2(d-орбиталь) l = 3 (f-орбиталь)

3. Магнитное квантовое число Общее число значений магнитного квантового числа равно:

Физический смысл: определяет пространственную ориентацию в магнитном поле. В общем случае число атомных орбиталей определяется суммой значений магнитного квантового числа.

4. Спиновое квантовое число, принимает значение . Определяет собственный магнитный момент электрона, т. е. направление вращения атомной орбитали вокруг собственной оси. На одной атомной орбитали, может находиться 2 электрона различных по значению такие электроны называются спаренными. Таким образом, энергия состояния электрона в атоме определяется размером, формой и направлением вращения АО Число электронов, которое может находиться на данном энергетическом уровне, определяется по формуле: