АТОМНА МОДЕЛЬ ШРЕДІНГЕРА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОСТУЛАТИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Модель атома Шредінгера була розроблена Ервіном Шредінгером у 1926 р. Ця пропозиція відома як квантова механічна модель атома і описує хвилеподібну поведінку електрона.

Шредінгер припускав, що рух електронів в атомі відповідає подвійності хвиль-частинок, а отже, електрони можуть рухатися навколо ядра як стоячі хвилі.

Шредінгер, який був удостоєний Нобелівської премії в 1933 році за свій внесок в атомну теорію, розробив однойменне рівняння для обчислення ймовірності того, що електрон знаходиться в певному положенні.

Характеристика атомної моделі Шредінгера

1s, 2s і 2p орбіталі в атомі натрію.

-Охарактеризуйте рух електронів як стоячих хвиль.

-Електрони рухаються постійно, тобто вони не мають фіксованого або визначеного положення всередині атома.

-Ця модель не передбачає розташування електрона, а також не описує шлях, який він проходить в атомі. Він просто встановлює зону ймовірності для локалізації електрона.

-Це області вірогідності називають атомними орбіталями. Орбіталі описують поступальний рух навколо ядра атома.

-Ці атомні орбіталі мають різний рівень і підрівень енергії, і їх можна визначити між електронними хмарами.

-Модель не передбачає стійкості ядра, вона стосується лише пояснення квантової механіки, пов'язаної з рухом електронів всередині атома.

Щільність електронів вказує на ймовірність знаходження електрона біля ядра. Чим ближче воно до ядра (фіолетова зона), тим більше шансів на нього, тоді як воно буде менше, якщо воно відійде від ядра (фіолетова зона).

Експеримент

Атомна модель Шредінгера заснована на гіпотезі Бройля, а також на попередніх атомних моделях Бор і Соммерфельда.

Броглі запропонував, що так само, як хвилі мають властивості частинок, частинки мають властивості хвиль, що мають пов'язану з ними довжину хвилі. Щось, що породило багато очікувань на той час, будучи Альбертом Ейнштейном, який підтримує свою теорію.

Однак у теорії де Бройля був недолік, який полягав у тому, що сенс самої ідеї недостатньо зрозумілий: електрон може бути хвилею, але що? Саме тоді постає відповідь постаті Шредінгера.

Для цього австрійський фізик спирався на експеримент Юнга і на основі власних спостережень розробив математичний вираз, який носить його ім'я.

Ось наукові основи цієї атомної моделі:

Експеримент Юнга: перша демонстрація подвійності хвиль-частинок

Гіпотеза де Бройля про хвильовий і корпускулярний характер речовини може бути продемонстрована за допомогою експерименту Юнга, також відомого як експеримент з подвійною щілиною.

Англійський учений Томас Янг заклав основи атомної моделі Шредінгера, коли в 1801 р. Він провів експеримент для перевірки хвильової природи світла.

Під час свого експерименту Янг розділив випромінювання променя світла, що проходить через невеликий отвір через камеру спостереження. Цей поділ досягається за допомогою картки розміром 0,2 міліметра, розташованої паралельно променям.

Конструкція експерименту була зроблена таким чином, щоб промінь світла був ширшим за карту, таким чином, при розміщенні карти горизонтально, промінь був розділений на дві приблизно рівні частини. Вихід світлових променів спрямовувався дзеркалом.

Обидва промені світла потрапили в стіну в темній кімнаті. Там було засвідчено інтерференційну картину між двома хвилями, тим самим продемонструвавши, що світло може вести себе і як частинка, і як хвиля.

Через століття Альберт Ейнстен підкріпив цю ідею, використовуючи принципи квантової механіки.

Рівняння Шредінгера

Шредінгер розробив дві математичні моделі, розрізняючи те, що відбувається залежно від того, чи змінюється квантовий стан з часом чи ні.

Для атомного аналізу в кінці 1926 р. Шредінгер опублікував незалежне від часу рівняння Шредінгера, яке базується на хвильових функціях, що ведуть себе як стоячі хвилі.

Це означає, що хвиля не рухається, її вузли, тобто її точки рівноваги, служать стрижнем для решти структури, що рухається навколо них, описуючи конкретну частоту та амплітуду.

Шредінгер визначив хвилі, які електрони характеризують як стаціонарні або орбітальні стани, і вони, в свою чергу, пов'язані з різними рівнями енергії.

Незалежне від часу рівняння Шредінгера таке:

Де:

Е : константа пропорційності.

Ψ : хвильова функція квантової системи.

Η : Гамільтонський оператор.

Незалежне від часу рівняння Шредінгера використовується тоді, коли спостережуване, що представляє загальну енергію системи, відоме як оператор Гамільтонів, не залежить від часу. Однак функція, яка описує загальний рух хвилі, завжди буде залежати від часу.

Рівняння Шредінгера вказує на те, що якщо ми маємо хвильову функцію Ψ, і на неї діє оператор Гамільтонія, константа пропорційності E являє собою загальну енергію квантової системи в одному з її стаціонарних станів.

Застосовано до атомної моделі Шредінгера, якщо електрон рухається у визначеному просторі, існують дискретні енергетичні значення, і якщо електрон вільно рухається в просторі, існують безперервні енергетичні інтервали.

З математичної точки зору існує декілька рішень для рівняння Шредінгера, кожне рішення передбачає різне значення для константи пропорційності E.

Відповідно до принципу невизначеності Гейзенберга, неможливо оцінити положення та енергію електрона. Отже, вчені визнають, що оцінка розташування електрона всередині атома є неточною.

Постулати

Постулати атомної моделі Шредінгера такі:

-Електрони поводяться як стоячі хвилі, які розподіляються в просторі відповідно до хвильової функції Ψ.

-Електрони рухаються всередині атома при описі орбіталей. Це області, де ймовірність знайти електрон значно вище. Згадана ймовірність пропорційна квадрату хвильової функції Ψ ² .

Електронна конфігурація атомної моделі Шредінгюера пояснює періодичні властивості атомів та зв’язки, які вони утворюють.

Однак атомна модель Шредінгера не враховує спін електронів, а також не розглядає варіації поведінки швидких електронів через релятивістські ефекти.

Статті, що цікавлять

Атомна модель Де Бройля.

Атомна модель Чадвіка.

Атомна модель Гейзенберга.

Атомна модель Перріна.

Атомна модель Томсона.

Атомна модель Далтона.

Атомна модель Дірака Йордана.

Атомна модель Демокріта.

Атомна модель Бора.

Атомна модель Соммерфельда.

Список літератури

1. Атомна модель Шродінгера (2015 р.) Відновлено: quimicas.net
2. Квантова механічна модель атома Відновлено: en.khanacademy.org
3. Хвильове рівняння Шредінгера (sf). Університет Хайме І. Кастельон, Іспанія. Відновлено з: uji.es
4. Сучасна атомна теорія: моделі (2007). © ABCTE. Відновлено з: abcte.org
5. Атомна модель Шродінгера (sf). Відновлено з: erwinschrodingerbiography.weebly.com
6. Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2018). Рівняння Шредінгера Відновлено з: es.wikipedia.org
7. Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2017). Експеримент Янга Відновлено з: es.wikipedia.org