O Schrödingerin atomimalli on yleinen muoto, jota käytetään osoittamaan atomin kuvaus ratkaisemalla Schrödingerin yhtälön, jonka itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger ehdotti vuonna 1927. Yhtälö on laadittu kvanttimekaniikassa saatujen tärkeiden havaintojen perusteella, mikä tuo vankan perustelun atomin ja elektronin energialle.
Schrödingerin suunnittelema atomi perustuu aalto-hiukkas-kaksinaisuuteen, epävarmuusperiaatteeseen, muun muassa 1900-luvun alussa keksittyihin käsitteisiin. Se toi suuria edistysaskeleita aineen ymmärtämiseen, koska se tasoitti tietä polyelektronisten atomien vakaammalle ymmärtämiselle, mikä ei ole mahdollista Bohrin ehdottaman atomimallin avulla.
Lue myös: Atomimallit - mallit, joita ehdotetaan selittämään atomin rakennetta
Yhteenveto Schrödingerin atomimallista
Schrödingerin atomimalli on itse asiassa atomin ja elektronien kuvaus Schrödingerin yhtälön kautta.
Schrödingerin yhtälö kehitettiin kvanttimekaniikan alan tärkeillä tutkimuksilla.
Aalto-hiukkasten kaksinaisuus, epävarmuusperiaate, muiden teorioiden ohella, olivat olennaisia Schrödingerin yhtälön luomisessa.
Ratkaisemalla Schrödinger-yhtälön voidaan kuvata sekä atomin että elektronin energiaa.
Schrödingerin yhtälön tulkinnan perusteella voidaan nähdä, että elektroneilla ei ole määrätty kiertorata atomin ympäri, vaan pikemminkin olemassaolon todennäköisyysalue ympärillä häneltä.
Schrödingerin tutkimukset laajentavat Bohrin ehdottaman atomin ymmärtäminen, koska ne antavat ymmärtää polyelektronisten atomien käyttäytymisen.
Mikä on Schrödingerin atomimalli?
Schrödingerin atomimalli on yleinen nimi kvanttimekaniikkaan perustuvan atomimallin kuvaus. Tämän mallin pääominaisuus on matemaattinen tulkinta elektronien omaksumasta aalto-hiukkas-kaksinaisuudesta. erityisesti elektronin hyvin määritellyn liikeradan korvaaminen elektronin olemassaolon todennäköisyydellä ydin.
Tällainen tulkinta sai alkunsa itävaltalaisen tiedemiehen Erwin Schrödingerin työstä vuonna 1927 merkittävien edistysaskeleiden jälkeen. kvanttimekaniikan alan aineen ymmärtämisessä, kuten valosähköinen vaikutus, epävarmuusperiaate ja kaksinaisuus aalto-hiukkanen.
Schrödingerin atomimallin ymmärtäminen ei ole triviaalia, vaan sitä lähestytään kemian tutkimuksen edistyneemmillä tasoilla.
Kokeellinen perusta Schrödingerin atomimallille
Ennen Erwin Schrödingerin tutkimuksia tapahtui merkittäviä edistysaskeleita aineen ymmärtäminen 1900-luvun alussa. Tällaiset kokeet aloittivat kvanttimekaniikkana tunnetun teoreettisen tiedon kentän, joka tuo tulkintoja hiukkasten käyttäytymisestä lähellä atomiasteikkoa tai sen alapuolella. Tässä erityisessä universumissa klassisen fysiikan, joka tunnetaan myös nimellä Newtonin fysiikka, lait eivät usein päde tai ne eivät riitä selittämään tiettyjä käyttäytymismalleja.
Vain käsityksen saamiseksi voimme sanoa, että kvanttimekaniikka alkaa aiheesta, joka tunnetaan nimellä ultraviolettikatastrofi. Klassisen fysiikan mukaan musta kappale (kuuma esine), jonka lämpötila eroaa nollasta, lähettää voimakasta ultraviolettisäteilyä gammasäteilyn ja röntgensäteiden lisäksi.
Tämä tarkoittaa, että me ihmiset 36-37 °C: n lämpötilassa hehkuisimme pimeässä (hehkun seurauksena). Tarpeetonta sanoa, että tämä on täyttä hölynpölyä, sillä jos olisi, pimeyttä ei olisi.
Tässä asiayhteydessä, Vuonna 1900 Max Planck loi konseptin kuinka paljon, käännettynä "energiapaketiksi", selittämään energian vaihtoa aineen ja säteilyn välillä. Hänen tulkintansa mukaan alhaisissa lämpötiloissa olevalla keholla (kuten meillä) ei ole tarpeeksi energiaa lähettääkseen korkeataajuista ultraviolettisäteilyä.
Elimistö voi siis lähettää suurtaajuista ultraviolettisäteilyä vain, kun se saa tarvittavan vähimmäisenergian. Tässä tilassa energian vaihto aineen ja ympäristön välillä tapahtuu säteilyenergiapakettien kautta.
Energiapaketit tuovat myös eron klassiseen fysiikkaan. Kun puhutaan energiapaketeista, se viittaa kvantisoituun energiaan, eli se on spesifinen, siinä on rajoja. Newtonin fysiikassa kahden objektin välillä vaihdettavan energian määrällä ei ole rajoituksia.
Valosähköinen ilmiö
Tarvittiin lisää todisteita, jotta Planckin ehdottamat teoriat olisivat vahvoja. Tässä yhteydessä valosähköinen efekti ilmestyi., joka käsittelee elektronien irtoamista metallista ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta sen pinnalle.
Tämän teorian havaintojen mukaan elektroneja ei sinkoudu ennen kuin säteily saavuttaa tietyn arvon, joka on kullekin metallille spesifinen. Kun tämä taajuus on saavutettu, elektronit irtautuvat välittömästi, ja mitä voimakkaampi tulevan säteilyn taajuus on, sitä nopeampi ulos tuleva elektroni on.
A Albert Einstein antoi selityksen valosähköiselle efektille. Einsteinin mukaan sähkömagneettinen säteily (esimerkiksi valo on sähkömagneettista säteilyä), jota käytetään elektronien ulostyöntämiseen, koostui hiukkasia, jotka tunnetaan fotoneina, ja lisäksi jokainen fotoni voidaan tulkita energiapaketiksi. Planckin tutkimusten perusteella oli mahdollista päätellä, että ultraviolettisäteilyn fotonit ovat energisempiä kuin näkyvän valon fotonit.
Kun fotonit (sähkömagneettisen säteilyn ainesosat) törmäävät metallin pintaan, ne vaihtavat energiaa siellä olevien elektronien kanssa. Jos energia, jonka elektroni absorboi törmäyksestä fotonien kanssa, on tarpeeksi suuri, se sinkoutuu. Saat lisätietoja valosähköisestä tehosteesta napsauttamalla tässä.
aalto-hiukkanen kaksinaisuus
Valosähköinen vaikutus loi vahvan perustan sille, että sähkömagneettinen säteily koostuu hiukkasista (fotoneista). Kuitenkin monet muut kokeet osoittivat, että sähkömagneettinen säteily käyttäytyi kuin aalto. Näistä kokeista silmiinpistävin oli diffraktio - fysikaalinen ilmiö, joka havaittiin, kun aalto kohtaa esteen tai toisen tulkinnan mukaan aaltojen kyky voittaa esteitä.
O Valon aaltoluonne on tunnettu vuodesta 1801 lähtien, kun englantilainen fyysikko Thomas Young loisti valoa esteeseen raolla. Kun valo kulkee tämän raon läpi, se taittuu. Jokaisessa raossa, mukaan lukien valon kulkeminen, vaikka se taittuukin, se käy läpi uuden diffraktion.
Kuten tämä, oli välttämätöntä hyväksyä uusi käyttäytyminen sähkömagneettiselle säteilylle: aalto-hiukkasten kaksinaisuus. Sieltä ranskalainen tiedemies Louis de Broglie laajensi tätä käsitettä ehdottaen, että kaikki hiukkaset tulisi ymmärtää myös aaltokäyttäytymisenä.
De Broglien hypoteesi vahvistui vuonna 1925, kun amerikkalaiset tiedemiehet Clinton Davisson ja Lester Germer osoitti, että elektronisuihku pystyi diffraktioon kulkiessaan yksittäisen kiteen läpi. nikkeli.
Tämä havainto oli olennainen, jotta päädyttiin siihen johtopäätökseen, että raskaammat hiukkaset, kuten molekyylit, pystyivät myös käymään läpi diffraktiota ja siten osoittamaan aaltomaista käyttäytymistä. Saat lisätietoja aalto-hiukkasten kaksinaisuudesta napsauttamalla tässä.
epävarmuusperiaate
Klassisessa fysiikassa hiukkasen liikeradan määrittäminen on helppoa. Kvanttimaailmassa, jossa myös hiukkaset käyttäytyvät kuin aallot, niiden liikerata ei kuitenkaan ole enää niin tarkka. Tämä siksi ei ole mitään järkeä puhua aallon sijainnista.
Esimerkiksi kitarassa, kun soitat kielen, aalto leviää koko pituudeltaan. Jos hiukkanen käyttäytyy samalla tavalla, sen sijaintia ei voida määritellä tarkasti, edes tietäen sen lineaarisen liikemäärän (määrä, joka sekoittaa massan ja nopeuden).
Siksi elektronilla, jolla on myös kaksoisluonne, ei ole määriteltyä kiertorataa/polkua atomiytimen ympärillä, kuten monet uskovat. Akaksinaisuus luo sitten epävarmuutta hiukkasen tarkasta sijainnista.
Tämä epävarmuus aseman määrittelyssä on mitätön erittäin raskaille kappaleille, mutta täysin merkittävä atomikokoisille tai subatominen, eli jos tiedät, että hiukkanen on tietyssä paikassa tietyllä hetkellä, et enää tiedä missä se on seuraavassa välitön.
Tästä dilemmasta syntyi epävarmuusperiaate., jonka perusti saksalainen fyysikko Werner Heisenberg vuonna 1927. Tämän periaatteen mukaan ei ole mahdollista tietää hiukkasen sijaintia ja lineaarista liikemäärää ilman virhemarginaalia, eli jos yksi ominaisuus tunnetaan, toinen ei. Saat lisätietoja epävarmuusperiaatteesta napsauttamalla tässä.
Schrödingerin atomimallin ominaisuudet
Koska hiukkasen kaksoisluonteen vuoksi sille ei ollut enää mahdollista määritellä erityistä lentorataa, vuonna 1927 itävaltalainen tiedemies Erwin Schrödinger korvasi tämän tarkan lentoradan aaltofunktiolla, jota edustaa kreikkalainen kirjain psi (ψ), ja tämän funktion arvot vaihtelevat sijainnin mukaan. Esimerkki aaltofunktiosta on sinifunktio x.
Tiedemies Max Born loi sitten fyysisen tulkinnan aaltofunktiolle ja totesi, että funktion ψ neliö, eli ψ², olisi verrannollinen todennäköisyyteen löytää hiukkanen alueella. Siten ψ² ymmärretään todennäköisyystiheydeksi löytää hiukkanen joltain alueelta. Koska se on todennäköisyystiheys, ψ²: n arvo on kerrottava tilavuudella, jotta saadaan todellinen todennäköisyys.
Aaltofunktion laskemiseksi Schrödinger kehitti yhtälön, yksinkertaistettuna seuraavasti:
Hψ = Eψ
Hψ tulee lukea "psi-hamiltonina", ja se kuvaa aaltofunktion kaarevuutta. Hamiltonin on matemaattinen operaattori, aivan kuten plus, miinus, loki jne. Oikea puoli tuo meille vastaavan energian.
Tämän yhtälön ratkaisu tuo meille tärkeän johtopäätöksen: hiukkasilla voi olla vain erillisiä energioitas, eli hyvin määriteltyjä energioita tai kvantisoituja, ei mitään arvoa. Nämä erityiset energia-arvot tunnetaan energiatasoina. Tämä on aaltofunktion määräys, koska sen täytyy sopia tietylle avaruuden alueelle. Klassisessa mekaniikassa esineellä voi olla mikä tahansa kokonaisenergian arvo.
Kuten tämä, elektronilla ei voi olla energiaa, mutta hyvin määritellyt energiatasot. Koska aaltofunktion täytyy sopia avaruuden alueelle, muista, että a elektroni on rajoittunut atomin sisään vetovoiman kautta, joka sillä on ytimeen.
Atomin energiatasot voidaan laskea ratkaisemalla sopivasti Schrödingerin yhtälö. Tässä tapauksessa havaitaan, että resoluutio saavuttaa uuden yhtälön, joka osoittaa, että kunkin atomin tason energia riippuu kokonaisluvusta, ns. n, joka tukee ajatusta, että energiatasoilla on tietyt arvot.
Siten positiivisten arvojen määrittäminen n (1, 2, 3...), on mahdollista laskea atomitasojen energia. Parametri n kutsutaan nyt pääkvanttiluvuksi, koska se päätyy linkitettynä jokaiseen atomille sallittuun atomitasoon.
Kohteeseen elektroniaaltofunktioita kutsutaan atomiorbitaaleiksi, jonka matemaattiset lausekkeet saadaan myös ratkaisemalla Schrödingerin yhtälö. Atomirata esittää elektronin jakautumisen atomissa, eli alueen elektronin olemassaolon todennäköisyydellä atomissa. Atomiradalla voi olla erilaisia muotoja ja energioita, jotka saadaan myös Schrödingerin yhtälöstä.
Jokaiselle energiatasolle n (Se muistaakseni n voi olla 1, 2, 3...), on olemassa n alatasot. Jokaisella alatasolla on erimuotoisia kiertoradat. Eri kiertoradoilla ei ole rajoituksia, mutta tähän mennessä tunnetuista atomeista kemistit käyttävät vain neljää, jotka tunnistetaan kirjaimilla s, P, d se on f.
Siis esimerkiksi tasolla n = 1, on vain yksi alitaso, joten on vain orbitaali s. Nyt tasolle n = 2, alitasoja on kaksi, ja orbitaalit ovat läsnä s se on P.
Schrödingerin atomimallin edistyminen suhteessa muihin atomimalleihin
Kuten mainittu, Schrödinger ei välttämättä esittänyt mallia vaan matemaattista tulkintaa. havaituille ilmiöille, jotka koskevat hiukkasten luonnetta. Siksi sen tulkinnasta tulee monimutkainen, koska Schrödingerin yhtälö itsessään tarvitsee kehittynyttä matemaattista tietoa ratkaistakseen ja jopa tulkintaan.
Kuitenkin Schrödingerin tutkimukset toivat suuren lujuuden oikeuttamaan atomien ja elektronien energiaa lahjat. Esimerkiksi Schrödingerin yhtälön resoluutio vahvistaa Bohrin atomimallin vetyatomille ja muille hydrogenoidiatomeille (niille, joissa on vain 1 elektroni). Schrödingerin tavoin Bohr saavutti vetyatomin sallitut energiatasot.
Bohrin atomimalli ei kuitenkaan pysty saavuttamaan elektronisia tasoja atomeille, joissa on enemmän kuin 1 elektroni, ja osoittaa siten pääheikkoutensa. Kun läsnä on kaksi elektronia, on tarpeen ottaa huomioon niiden välinen elektroninen repulsio, parametri, joka voidaan lisätä Schrödingerin esittämään matemaattiseen ymmärrykseen.
Toinen tärkeä kohta Schrödingerin tutkimuksissa on kvanttikäsitteiden mukauttaminen, kuten hiukkasen kaksinaisuus, sekä tarkka elektronin liikerata. Atomiradan määritelmä on erittäin tärkeä ymmärryksen kannalta kaikkien atomien rakenne. A todennäköisyystiheys (ψ²) auttaa meitä ymmärtämään, kuinka elektronit miehittävät atomikiertoradat polyelektronisissa atomeissa, jotka tuovat tarkempaa tietoa elektronin energiasta.
Kirjailija: Stefano Araujo Novais
Kemian opettaja
Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/modelo-atomico-de-schrodinger.htm
