श्रोडिंगर का परमाणु मॉडल: यह क्या कहता है?

 हे श्रोडिंगर का परमाणु मॉडल को निर्दिष्ट करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य रूप है परमाणु का वर्णन 1927 में ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर द्वारा प्रस्तावित श्रोडिंगर समीकरण को हल करके। समीकरण की कल्पना क्वांटम यांत्रिकी के भीतर प्राप्त महत्वपूर्ण अवलोकनों के आधार पर की गई है, जो परमाणु और इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के लिए एक मजबूत औचित्य प्रदान करता है।

श्रोडिंगर द्वारा परिकल्पित परमाणु 20वीं शताब्दी की शुरुआत में गढ़ी गई अन्य धारणाओं के अलावा, तरंग-कण द्वंद्व, अनिश्चितता सिद्धांत पर आधारित है। इसने पदार्थ की समझ में काफी प्रगति की, क्योंकि इसने पॉलीइलेक्ट्रॉनिक परमाणुओं की अधिक ठोस समझ के लिए मार्ग प्रशस्त किया, कुछ ऐसा जो बोह्र द्वारा प्रस्तावित परमाणु मॉडल के साथ संभव नहीं है।

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इस लेख के विषय

• 1 - श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल का सारांश
• 2 - श्रोडिंगर का परमाणु मॉडल क्या है?
• 3 - श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल के लिए प्रायोगिक आधार
  • प्रकाश विद्युत प्रभाव
  • तरंग-कण द्वैत
  • अनिश्चित सिद्धांत
• 4 - श्रोडिंगर परमाणु मॉडल की विशेषताएं
• 5 - अन्य परमाणु मॉडल के संबंध में श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल की प्रगति

श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल के बारे में सारांश

• श्रोडिंगर का परमाणु मॉडल वास्तव में श्रोडिंगर समीकरण के माध्यम से परमाणु और इलेक्ट्रॉनों का वर्णन है।

• श्रोडिंगर समीकरण क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण अध्ययनों के माध्यम से विकसित किया गया था।

• तरंग-कण द्वंद्व, अनिश्चितता सिद्धांत, अन्य सिद्धांतों के बीच, श्रोडिंगर समीकरण के निर्माण के लिए आवश्यक थे।

• श्रोडिंगर समीकरण को हल करके, परमाणु की ऊर्जा के साथ-साथ इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा का भी वर्णन करना संभव है।

• श्रोडिंगर समीकरण की व्याख्या के आधार पर यह देखा जा सकता है कि इलेक्ट्रॉन नहीं होते परमाणु के चारों ओर एक निश्चित कक्षा, बल्कि चारों ओर अस्तित्व की संभावना का एक क्षेत्र उसके पास से।

• श्रोडिंगर के अध्ययन का विस्तार है बोह्र द्वारा प्रस्तावित परमाणु की समझ, क्योंकि वे पॉलीइलेक्ट्रॉनिक परमाणुओं के व्यवहार को समझने की अनुमति देते हैं।

श्रोडिंगर का परमाणु मॉडल क्या है?

श्रोडिंगर परमाणु मॉडल एक सामान्य नाम है क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित एक परमाणु मॉडल का विवरण. इस मॉडल की मुख्य विशेषता इलेक्ट्रॉनों द्वारा अपनाई गई तरंग-कण द्वंद्व की गणितीय व्याख्या है विशेष रूप से, चारों ओर इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व की संभावना द्वारा इलेक्ट्रॉन के एक अच्छी तरह से परिभाषित प्रक्षेपवक्र का प्रतिस्थापन मुख्य।

महत्वपूर्ण प्रगति के बाद, 1927 में ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक इरविन श्रोडिंगर के काम के माध्यम से इस तरह की व्याख्या शुरू हुई। क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में पदार्थ को समझने में, जैसे कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, अनिश्चितता सिद्धांत और द्वंद्व तरंग-कण.

श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल की समझ मामूली नहीं है, इसे रसायन विज्ञान के अध्ययन के अधिक उन्नत स्तरों में देखा जा रहा है।

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श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल के लिए प्रायोगिक आधार

इरविन श्रोडिंगर के अध्ययन से पहले, इसमें महत्वपूर्ण प्रगति हुई थी पदार्थ की समझ 20वीं सदी की शुरुआत में. इस तरह के प्रयोगों ने सैद्धांतिक ज्ञान के क्षेत्र की शुरुआत की जिसे क्वांटम यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है, जो परमाणु पैमाने के करीब या नीचे के कणों के व्यवहार के बारे में व्याख्या लाता है। इस विशिष्ट ब्रह्मांड में, शास्त्रीय भौतिकी के नियम, जिन्हें न्यूटोनियन भौतिकी के रूप में भी जाना जाता है, अक्सर कुछ व्यवहारों को समझाने के लिए लागू नहीं होते हैं या पर्याप्त नहीं होते हैं।

केवल एक विचार प्राप्त करने के लिए, हम कह सकते हैं कि क्वांटम यांत्रिकी पराबैंगनी आपदा नामक विषय से शुरू होती है। शास्त्रीय भौतिकी के अनुसार, एक काला पिंड (गर्म वस्तु), जिसका तापमान शून्य से भिन्न होता है, गामा विकिरण और एक्स-रे के अलावा, तीव्र पराबैंगनी विकिरण उत्सर्जित करता है।

इसका मतलब यह है कि हम इंसान, 36-37 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ, अंधेरे में चमकेंगे (गरम गरमी के परिणामस्वरूप)। कहने की जरूरत नहीं है, यह पूरी तरह से बकवास है, क्योंकि अगर ऐसा होता तो कोई अंधेरा नहीं होता।

इस संदर्भ में, 1900 में, मैक्स प्लैंक ने की अवधारणा बनाई कितना, जिसका अनुवाद पदार्थ और विकिरण के बीच ऊर्जा के आदान-प्रदान को समझाने के लिए "ऊर्जा के पैकेट" के रूप में किया गया है। उनकी व्याख्या के अनुसार, कम तापमान पर (हमारे जैसे) शरीर में उच्च आवृत्ति पराबैंगनी विकिरण उत्सर्जित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है।

इस प्रकार, कोई पिंड केवल तभी उच्च-आवृत्ति पराबैंगनी विकिरण उत्सर्जित कर सकता है जब वह न्यूनतम आवश्यक ऊर्जा प्राप्त कर लेता है। इस स्थिति में, पदार्थ और परिवेश के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान विकिरण ऊर्जा के पैकेटों के माध्यम से होता है।

ऊर्जा पैकेट शास्त्रीय भौतिकी के संबंध में भी अंतर लाते हैं। जब ऊर्जा के पैकेटों के बारे में बात की जाती है, तो इसका तात्पर्य उस ऊर्जा से है जो मात्राबद्ध है, अर्थात यह विशिष्ट है, इसमें सीमाएं लगाई गई हैं। न्यूटोनियन भौतिकी में, दो वस्तुओं के बीच आदान-प्रदान की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा पर कोई प्रतिबंध नहीं है।

• प्रकाश विद्युत प्रभाव

प्लैंक द्वारा प्रस्तावित सिद्धांतों को मजबूती देने के लिए और अधिक साक्ष्य की आवश्यकता थी। इस संदर्भ में, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रकट हुआ।, जो किसी धातु की सतह पर पराबैंगनी विकिरण की घटना के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के निष्कासन से संबंधित है।

इस सिद्धांत की टिप्पणियों के अनुसार, कोई भी इलेक्ट्रॉन तब तक उत्सर्जित नहीं होता जब तक कि विकिरण प्रत्येक धातु के लिए विशिष्ट एक निश्चित मूल्य की आवृत्ति तक नहीं पहुंच जाता। एक बार जब यह आवृत्ति पहुंच जाती है, तो इलेक्ट्रॉनों को तुरंत बाहर निकाल दिया जाता है, और आपतित विकिरण की आवृत्ति जितनी अधिक तीव्र होगी, इलेक्ट्रॉन का उत्सर्जन उतना ही तेज़ होगा।

ए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा दी गई थी. आइंस्टीन के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय विकिरण (उदाहरण के लिए, प्रकाश, विद्युत चुम्बकीय विकिरण है), जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए किया जाता है, किससे बना होता है? कण जिन्हें फोटॉन के नाम से जाना जाता है, और, इसके अलावा, प्रत्येक फोटॉन की व्याख्या ऊर्जा के एक पैकेट के रूप में की जा सकती है। प्लैंक के अध्ययन के आधार पर, यह निष्कर्ष निकालना संभव था कि पराबैंगनी विकिरण के फोटॉन दृश्य प्रकाश के फोटॉन की तुलना में अधिक ऊर्जावान होते हैं।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का प्रतिनिधि मॉडल।

धातु की सतह से टकराने पर फोटॉन (विद्युत चुम्बकीय विकिरण के घटक) वहां मौजूद इलेक्ट्रॉनों के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं। यदि फोटॉन से टकराने से इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित ऊर्जा काफी बड़ी है, तो इसे बाहर निकाल दिया जाएगा। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के बारे में अधिक जानने के लिए क्लिक करें यहाँ.

• तरंग-कण द्वैत

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव ने एक मजबूत आधार तैयार किया कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण कणों (फोटॉन) से बना है। हालाँकि, कई अन्य प्रयोगों से संकेत मिला कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक तरंग की तरह व्यवहार करता है। इन प्रयोगों में, सबसे प्रभावशाली विवर्तन था - वह भौतिक घटना जो तब देखी गई जब एक लहर एक बाधा का सामना करती है या, एक अन्य व्याख्या के अनुसार, तरंगों की बाधाओं को दूर करने की क्षमता.

हे प्रकाश का तरंग चरित्र 1801 से ज्ञात है, जब अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमस यंग ने एक भट्ठा के साथ एक बाधा पर प्रकाश डाला। जब प्रकाश इस झिरी से होकर गुजरता है तो विवर्तन होता है। प्रत्येक स्लिट पर, जिसमें प्रकाश गुजरता है, यहां तक ​​कि विवर्तित भी होता है, यह एक नए विवर्तन से गुजरता है।

जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण से बना प्रकाश, एक झिरी से होकर गुजरता है, तो विवर्तन होता है।

इस कदर, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए एक नए व्यवहार को स्वीकार करना आवश्यक था: तरंग-कण द्वैत. वहां से, फ्रांसीसी वैज्ञानिक लुईस डी ब्रोगली ने इस अवधारणा का विस्तार किया, और सुझाव दिया कि सभी कणों को तरंग व्यवहार के रूप में भी समझा जाना चाहिए।

डी ब्रोगली परिकल्पना को 1925 में बल मिला, जब अमेरिकी वैज्ञानिक क्लिंटन डेविसन और लेस्टर जर्मर ने सिद्ध किया कि एक इलेक्ट्रॉन किरण एकल क्रिस्टल से गुजरते समय विवर्तन से गुजरने में सक्षम थी निकल.

यह धारणा इस निष्कर्ष पर पहुंचने के लिए आवश्यक थी कि भारी कण, जैसे अणु, भी विवर्तन से गुजरने में सक्षम थे और इसलिए, तरंग जैसा व्यवहार प्रदर्शित करते थे। तरंग-कण द्वंद्व के बारे में अधिक जानने के लिए क्लिक करें यहाँ.

• अनिश्चित सिद्धांत

शास्त्रीय भौतिकी में, आपके लिए किसी कण का प्रक्षेप पथ निर्धारित करना आसान है। हालाँकि, क्वांटम दुनिया में, जिसमें कण भी तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं, उनका प्रक्षेप पथ अब इतना सटीक नहीं है। ऐसा इसलिए क्योंकि तरंग के स्थान के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है.

उदाहरण के लिए, गिटार पर, जब आप एक तार खींचते हैं, तो तरंग उसकी पूरी लंबाई में फैल जाती है। यदि किसी कण का व्यवहार भी यही है, तो उसके स्थान को सटीक रूप से परिभाषित करने का कोई तरीका भी नहीं है इसकी रैखिक गति को जानना (मात्रा जो द्रव्यमान और वेग को मिश्रित करती है)।

इसलिए, इलेक्ट्रॉन, जिसका दोहरा चरित्र भी होता है, में परमाणु नाभिक के चारों ओर एक परिभाषित कक्षा/पथ नहीं होता है, जैसा कि कई लोग मानते हैं। एद्वंद्व तब कण की सटीक स्थिति के बारे में अनिश्चितता पैदा करता है।

स्थिति की परिभाषा में यह अनिश्चितता बहुत भारी पिंडों के लिए नगण्य है, लेकिन परमाणु आकार के पिंडों के लिए पूरी तरह से महत्वपूर्ण है उपपरमाण्विक, अर्थात, यदि आप जानते हैं कि कण एक निश्चित स्थान पर, एक निश्चित क्षण में है, तो आपको यह नहीं पता चलेगा कि वह अगले समय कहाँ होगा तुरंत।

इस दुविधा से अनिश्चितता सिद्धांत उत्पन्न हुआ।, 1927 में जर्मन भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा स्थापित। इस सिद्धांत के अनुसार, त्रुटि की गुंजाइश के बिना किसी कण की स्थिति और रैखिक गति को जानना संभव नहीं है, अर्थात यदि एक गुण ज्ञात है, तो दूसरा नहीं। अनिश्चितता सिद्धांत के बारे में अधिक जानने के लिए क्लिक करें यहाँ.

श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल की विशेषताएं

चूंकि, कण के दोहरे चरित्र से, इसके लिए एक विशिष्ट प्रक्षेपवक्र को परिभाषित करना अब संभव नहीं था, 1927 में ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक इरविन ने श्रोडिंगर ने इस सटीक प्रक्षेपवक्र को एक तरंग फ़ंक्शन के साथ बदल दिया, ग्रीक अक्षर psi (ψ) द्वारा दर्शाया गया है, इस फ़ंक्शन के मान स्थिति के अनुसार भिन्न होते हैं। तरंग फलन का एक उदाहरण साइन फलन है एक्स.

श्रोडिंगर के मॉडल के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों की अब कोई परिभाषित कक्षा नहीं है, बल्कि परमाणु नाभिक के चारों ओर अस्तित्व की संभावना है।

वैज्ञानिक मैक्स बोर्न ने तब तरंग फ़ंक्शन के लिए एक भौतिक व्याख्या तैयार की, जिसमें कहा गया कि फ़ंक्शन ψ का वर्ग, यानी, ψ², एक कण खोजने की संभावना के समानुपाती होगा क्षेत्र। इस प्रकार, ψ² को किसी क्षेत्र में कण खोजने की संभाव्यता घनत्व के रूप में समझा जाता है। चूँकि यह एक संभाव्यता घनत्व है, वास्तविक संभाव्यता प्राप्त करने के लिए ψ² के मान को आयतन से गुणा किया जाना चाहिए।

तरंग फ़ंक्शन की गणना करने के लिए, श्रोडिंगर ने एक समीकरण विकसित किया, इस प्रकार सरलीकृत:

एचψ = ईψ

Hψ को "साई के हैमिल्टनियन" के रूप में पढ़ा जाना चाहिए, और तरंग फ़ंक्शन की वक्रता का वर्णन करता है। हैमिल्टनियन एक गणितीय ऑपरेटर है, जैसे प्लस, माइनस, लॉग इत्यादि। दाहिना भाग हमें तदनुरूपी ऊर्जा प्रदान करता है।

इस समीकरण का समाधान हमें एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष देता है: कणों में केवल पृथक ऊर्जाएँ हो सकती हैंएस, यानी, अच्छी तरह से निर्धारित ऊर्जा, या मात्राबद्ध, और कोई मूल्य नहीं। इन विशिष्ट ऊर्जा मूल्यों को ऊर्जा स्तर के रूप में जाना जाता है। यह तरंग फ़ंक्शन का अधिरोपण है, क्योंकि इसे अंतरिक्ष के एक विशिष्ट क्षेत्र में फिट होने की आवश्यकता है। शास्त्रीय यांत्रिकी में, किसी वस्तु की कुल ऊर्जा का कोई भी मान हो सकता है।

इस कदर, एक इलेक्ट्रॉन में कोई ऊर्जा नहीं हो सकती, लेकिन अच्छी तरह से परिभाषित ऊर्जा स्तर। चूँकि तरंग फ़ंक्शन को अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में फिट होने की आवश्यकता होती है, याद रखें कि a इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के अंदर ही सीमित रहता है आकर्षण की शक्तियों के माध्यम से जो इसमें नाभिक के लिए होती है।

किसी परमाणु के ऊर्जा स्तर की गणना श्रोडिंगर समीकरण को उचित रूप से हल करके की जा सकती है। इस मामले में, यह देखा गया है कि रिज़ॉल्यूशन एक नए समीकरण तक पहुंचता है, जो दर्शाता है कि परमाणु में प्रत्येक स्तर की ऊर्जा एक पूर्णांक संख्या पर निर्भर करती है, जिसे कहा जाता है एन, जो इस विचार की पुष्टि करता है कि ऊर्जा स्तरों के विशिष्ट मूल्य होते हैं।

इस प्रकार, सकारात्मक मान निर्दिष्ट करना एन (1, 2, 3...), परमाणु स्तरों की ऊर्जा की गणना करना संभव है। पैरामीटर एन इसे अब प्रमुख क्वांटम संख्या कहा जाता है, क्योंकि यह किसी परमाणु के लिए अनुमत प्रत्येक परमाणु स्तर से जुड़ा होता है।

तक इलेक्ट्रॉन तरंग कार्यों को परमाणु कक्षाएँ कहा जाता है, जिसकी गणितीय अभिव्यक्तियाँ श्रोडिंगर समीकरण को हल करके भी प्राप्त की जाती हैं। एक परमाणु कक्षक एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन के वितरण को प्रस्तुत करता है, अर्थात, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व की संभावना का क्षेत्र। परमाणु कक्षाओं के अलग-अलग आकार और ऊर्जाएं हो सकती हैं, जो श्रोडिंगर समीकरण द्वारा भी प्राप्त की जाती हैं।

प्रत्येक ऊर्जा स्तर के लिए एन (उसे याद करते हुए एन 1, 2, 3...), हो सकते हैं एन उपस्तर. प्रत्येक उपस्तर में, विभिन्न आकृतियों की कक्षाएँ होती हैं। विभिन्न कक्षाओं की कोई सीमा नहीं है, लेकिन अब तक ज्ञात परमाणुओं में से, रसायनज्ञ उनमें से केवल चार का उपयोग करते हैं, जिन्हें अक्षरों द्वारा पहचाना जाता है एस, पी, डी यह है एफ.

तो, उदाहरण के लिए, स्तर पर एन = 1, केवल एक उपस्तर है, इसलिए केवल कक्षीय है एस. अब स्तर के लिए एन = 2, दो उपस्तर हैं, कक्षाएँ मौजूद हैं एस यह है पी.

एस, पी, डी और एफ परमाणु कक्षाओं का आकार। प्रत्येक कक्षक इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व की संभावना के एक क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है।

अन्य परमाणु मॉडलों के संबंध में श्रोडिंगर के परमाणु मॉडल की प्रगति

के रूप में उल्लेख, श्रोडिंगर ने आवश्यक रूप से एक मॉडल नहीं बल्कि एक गणितीय व्याख्या प्रस्तुत की। कणों की प्रकृति से संबंधित प्रेक्षित घटनाओं के लिए। इसलिए, इसकी व्याख्या जटिल हो जाती है, क्योंकि श्रोडिंगर समीकरण को स्वयं इसके समाधान और यहां तक ​​कि इसकी व्याख्या के लिए उन्नत गणितीय ज्ञान की आवश्यकता होती है।

हालांकि श्रोडिंगर के अध्ययन ने परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को उचित ठहराने में काफी मजबूती लायी उपहार. उदाहरण के लिए, श्रोडिंगर समीकरण का रिज़ॉल्यूशन हाइड्रोजन परमाणु और अन्य हाइड्रोजनॉइड परमाणुओं (जिनमें केवल 1 इलेक्ट्रॉन होता है) के लिए बोह्र के परमाणु मॉडल की पुष्टि करता है। श्रोडिंगर की तरह, बोह्र हाइड्रोजन परमाणु के लिए अनुमेय ऊर्जा स्तर पर पहुंचे।

हालाँकि, बोह्र का परमाणु मॉडल 1 से अधिक इलेक्ट्रॉन वाले परमाणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनिक स्तर तक पहुँचने में सक्षम नहीं है और इस प्रकार, इसकी मुख्य कमजोरी को प्रदर्शित करता है। जब दो इलेक्ट्रॉन मौजूद होते हैं, तो उनके बीच इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षण पर विचार करना आवश्यक होता है, एक पैरामीटर जिसे श्रोडिंगर द्वारा प्रस्तावित गणितीय समझ में जोड़ा जा सकता है।

श्रोडिंगर के अध्ययन का एक अन्य महत्वपूर्ण बिंदु क्वांटम अवधारणाओं का अनुकूलन है, जैसे कि कण का द्वंद्व, साथ ही एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक सटीक प्रक्षेपवक्र। को समझने के लिए परमाणु कक्षक की परिभाषा बहुत महत्वपूर्ण है सभी परमाणुओं की संरचना. ए संभाव्यता घनत्व (ψ²) हमें यह समझने में मदद करता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु कक्षाओं पर कैसे कब्जा करते हैं पॉलीइलेक्ट्रॉनिक परमाणुओं में, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के बारे में अधिक विशिष्ट जानकारी लाना।

स्टेफ़ानो अरुजो नोवाइस द्वारा
रसायन विज्ञान शिक्षक 

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