HAI Model atom Schrödinger adalah bentuk umum yang digunakan untuk menunjuk deskripsi atom dengan memecahkan persamaan Schrödinger, yang diusulkan oleh fisikawan Austria Erwin Schrödinger pada tahun 1927. Persamaan disusun berdasarkan pengamatan penting yang diperoleh dalam mekanika kuantum, memberikan pembenaran yang kuat untuk energi atom dan elektron.
Atom yang dipahami oleh Schrödinger didasarkan pada dualitas gelombang-partikel, pada prinsip ketidakpastian, di antara gagasan lain yang diciptakan pada awal abad ke-20. Ini membawa kemajuan besar dalam pemahaman materi, karena membuka jalan bagi pemahaman yang lebih kuat tentang atom polielektronik, sesuatu yang tidak mungkin dilakukan dengan model atom yang diusulkan oleh Bohr.
Baca juga: Model atom — model yang diusulkan untuk menjelaskan struktur atom
Ringkasan tentang model atom Schrödinger
Model atom Schrödinger sebenarnya adalah gambaran atom dan elektron melalui persamaan Schrödinger.
Persamaan Schrödinger dikembangkan melalui studi penting di bidang mekanika kuantum.
Dualitas gelombang-partikel, prinsip ketidakpastian, di antara teori-teori lainnya, sangat penting untuk pembuatan persamaan Schrödinger.
Memecahkan persamaan Schrödinger, adalah mungkin untuk menggambarkan energi atom dan elektron.
Berdasarkan interpretasi persamaan Schrödinger, terlihat bahwa elektron tidak memiliki orbit yang pasti di sekitar atom, melainkan wilayah probabilitas keberadaan sekitar dari dia.
Studi Schrödinger memperluas pengertian atom yang dikemukakan oleh Bohr, karena memungkinkan pemahaman tentang perilaku atom polielektronik.
Apa model atom Schrödinger?
Model atom Schrödinger adalah nama umum untuk deskripsi model atom berdasarkan mekanika kuantum. Karakteristik utama dari model ini adalah interpretasi matematis dari dualitas gelombang-partikel yang diadopsi oleh elektron, lebih banyak lagi khususnya, penggantian lintasan elektron yang terdefinisi dengan baik dengan probabilitas keberadaan elektron di sekitar inti.
Penafsiran seperti itu dimulai melalui karya ilmuwan Austria Erwin Schrödinger, pada tahun 1927, setelah kemajuan penting dalam memahami materi di bidang mekanika kuantum, seperti efek fotolistrik, prinsip ketidakpastian dan dualitas partikel gelombang.
Pemahaman tentang model atom Schrödinger bukanlah hal yang sepele, didekati pada tingkat yang lebih tinggi dari studi Kimia.
Dasar percobaan untuk model atom Schrödinger
Sebelum studi Erwin Schrödinger, ada kemajuan penting dalam pemahaman tentang materi pada awal abad ke-20. Eksperimen semacam itu memprakarsai bidang pengetahuan teoretis yang dikenal sebagai mekanika kuantum, yang membawa interpretasi tentang perilaku partikel mendekati atau di bawah skala atom. Di alam semesta khusus ini, hukum fisika klasik, juga dikenal sebagai fisika Newton, sering tidak berlaku atau tidak cukup untuk menjelaskan perilaku tertentu.
Sekadar gambaran, kita dapat mengatakan bahwa mekanika kuantum dimulai dengan topik yang dikenal sebagai bencana ultraviolet. Menurut fisika klasik, benda hitam (benda panas), dengan suhu berbeda dari nol, memancarkan radiasi ultraviolet yang intens, selain radiasi gamma dan sinar-X.
Ini berarti bahwa kita manusia, dengan suhu 36-37 °C, akan bersinar dalam gelap (akibat pijaran). Tak perlu dikatakan, ini benar-benar tidak masuk akal, karena jika memang demikian, tidak akan ada kegelapan.
Dalam hal ini, Pada tahun 1900, Max Planck menciptakan konsep berapa harganya, diterjemahkan sebagai "paket energi", untuk menjelaskan pertukaran energi antara materi dan radiasi. Menurut interpretasinya, tubuh pada suhu rendah (seperti kita) tidak memiliki cukup energi untuk memancarkan radiasi ultraviolet frekuensi tinggi.
Dengan demikian, tubuh hanya dapat memancarkan radiasi ultraviolet frekuensi tinggi ketika memperoleh energi minimum yang diperlukan. Dalam kondisi ini, pertukaran energi antara materi dan lingkungan terjadi melalui paket-paket energi radiasi.
Paket energi juga membawa perbedaan dalam kaitannya dengan fisika klasik. Ketika berbicara tentang paket energi, ini mengacu pada energi yang terkuantisasi, yaitu spesifik, ada pengenaan batasan. Dalam fisika Newton, jumlah energi yang dipertukarkan antara dua benda tidak memiliki batasan.
Efek fotoelektrik
Untuk memperkuat teori yang diajukan oleh Planck, diperlukan lebih banyak bukti. Dalam konteks ini, efek fotolistrik muncul., yang berhubungan dengan pelepasan elektron dari logam melalui insiden radiasi ultraviolet pada permukaannya.
Menurut pengamatan teori ini, tidak ada elektron yang dikeluarkan hingga radiasi mencapai frekuensi dengan nilai tertentu, spesifik untuk setiap logam. Setelah frekuensi ini tercapai, elektron segera dikeluarkan, dan semakin kuat frekuensi radiasi yang datang, semakin cepat elektron yang dikeluarkan.
A penjelasan tentang efek fotolistrik diberikan oleh Albert Einstein. Menurut Einstein, radiasi elektromagnetik (cahaya, misalnya, adalah radiasi elektromagnetik), yang digunakan untuk mengeluarkan elektron, terdiri dari partikel yang disebut foton, dan terlebih lagi, setiap foton dapat diartikan sebagai paket energi. Berdasarkan studi Planck, dapat disimpulkan bahwa foton radiasi ultraviolet lebih energik daripada foton cahaya tampak.
Saat bertabrakan dengan permukaan logam, foton (konstituen radiasi elektromagnetik) bertukar energi dengan elektron yang ada di sana. Jika energi yang diserap elektron dari tumbukan dengan foton cukup besar, maka elektron tersebut akan terlontar. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang efek fotolistrik, klik Di Sini.
dualitas gelombang-partikel
Efek fotolistrik membawa landasan kuat bahwa radiasi elektromagnetik tersusun atas partikel (foton). Namun, banyak percobaan lain menunjukkan bahwa radiasi elektromagnetik berperilaku seperti gelombang. Dari eksperimen-eksperimen ini, yang paling mencolok adalah difraksi—fenomena fisik yang teramati ketika sebuah gelombang menemui hambatan atau, dengan interpretasi lain, gelombang kemampuan gelombang untuk mengatasi hambatan.
HAI Sifat gelombang cahaya telah dikenal sejak tahun 1801, ketika fisikawan Inggris Thomas Young menyinari penghalang dengan celah. Ketika melewati celah ini, cahaya mengalami difraksi. Pada setiap celah, termasuk yang dilalui cahaya, bahkan dibiaskan, ia mengalami difraksi baru.
Seperti ini, itu perlu untuk menerima perilaku baru untuk radiasi elektromagnetik: dualitas gelombang-partikel. Dari sana, ilmuwan Prancis Louis de Broglie memperluas konsep ini, menyatakan bahwa semua partikel juga harus dipahami memiliki perilaku gelombang.
Hipotesis de Broglie menguat pada tahun 1925, ketika ilmuwan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer membuktikan bahwa berkas elektron mampu mengalami difraksi ketika melewati kristal tunggal nikel.
Persepsi ini penting untuk sampai pada kesimpulan bahwa partikel yang lebih berat, seperti molekul, juga mampu mengalami difraksi dan, karenanya, menunjukkan perilaku seperti gelombang. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang dualitas gelombang-partikel, klik Di Sini.
prinsip ketidakpastian
Dalam fisika klasik, mudah bagi Anda untuk menentukan jalur partikel. Namun, di dunia kuantum, di mana partikel juga berperilaku seperti gelombang, lintasannya tidak lagi tepat. Ini karena tidak masuk akal membicarakan lokasi gelombang.
Misalnya, pada gitar, saat Anda memetik senar, gelombang menyebar ke seluruh panjangnya. Jika sebuah partikel memiliki perilaku yang sama, tidak ada cara untuk menentukan lokasinya dengan tepat, bahkan mengetahui momentum liniernya (kuantitas yang mencampur massa dan kecepatan).
Oleh karena itu, elektron, yang juga memiliki karakter ganda, tidak memiliki orbit/jalur tertentu di sekitar inti atom, seperti yang diyakini banyak orang. Adualitas kemudian menciptakan ketidakpastian tentang posisi yang tepat dari partikel.
Ketidakpastian dalam definisi posisi ini dapat diabaikan untuk benda yang sangat berat, tetapi sangat penting untuk benda seukuran atom atau subatomik, yaitu, jika Anda tahu bahwa partikel itu berada di tempat tertentu, pada saat tertentu, Anda tidak akan tahu lagi di mana partikel itu berada di masa depan. instan.
Dari dilema ini muncul prinsip ketidakpastian., didirikan oleh fisikawan Jerman Werner Heisenberg pada tahun 1927. Menurut prinsip ini, tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum linier suatu partikel tanpa batas kesalahan, yaitu jika satu sifat diketahui, sifat lainnya tidak. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang prinsip ketidakpastian, klik Di Sini.
Fitur model atom Schrödinger
Karena, dari karakter ganda partikel tersebut, tidak mungkin lagi untuk menentukan lintasan spesifiknya, pada tahun 1927 ilmuwan Austria Erwin Schrödinger mengganti lintasan tepat ini dengan fungsi gelombang, diwakili oleh huruf Yunani psi (ψ), dengan nilai fungsi ini bervariasi menurut posisinya. Contoh fungsi gelombang adalah fungsi sinus dari X.
Ilmuwan Max Born kemudian menciptakan interpretasi fisik untuk fungsi gelombang, yang menyatakan bahwa kuadrat dari fungsi ψ, yaitu ψ², akan sebanding dengan probabilitas menemukan sebuah partikel dalam wilayah. Dengan demikian, ψ² dipahami sebagai kerapatan probabilitas menemukan partikel di suatu wilayah. Karena merupakan kerapatan probabilitas, nilai ψ² harus dikalikan dengan volume untuk mendapatkan probabilitas sebenarnya.
Untuk menghitung fungsi gelombang, Schrödinger mengembangkan sebuah persamaan, disederhanakan sebagai berikut:
Hψ = Eψ
Hψ harus dibaca sebagai "Hamiltonian of psi", dan menggambarkan kelengkungan fungsi gelombang. Hamiltonian adalah operator matematika, seperti plus, minus, log, dll. Sisi kanan memberi kita energi yang sesuai.
Solusi dari persamaan ini memberi kita kesimpulan penting: partikel hanya dapat memiliki energi diskrits, yaitu, energi yang ditentukan dengan baik, atau terkuantisasi, dan bukan nilai apa pun. Nilai energi spesifik ini dikenal sebagai tingkat energi. Ini adalah pengenaan fungsi gelombang, karena harus sesuai dengan wilayah ruang tertentu. Dalam mekanika klasik, suatu benda dapat memiliki nilai energi total berapa pun.
Seperti ini, sebuah elektron tidak dapat memiliki energi apapun, tetapi tingkat energi yang terdefinisi dengan baik. Karena fungsi gelombang harus sesuai dengan suatu wilayah ruang, ingatlah bahwa a elektron terkurung di dalam atom melalui gaya tarik-menarik yang dimilikinya terhadap nukleus.
Tingkat energi atom dapat dihitung dengan menyelesaikan persamaan Schrödinger secara tepat. Dalam hal ini, diketahui bahwa resolusi mencapai persamaan baru, yang menunjukkan bahwa energi setiap tingkat dalam atom bergantung pada bilangan bulat, yang disebut N, yang menguatkan gagasan bahwa tingkat energi memiliki nilai tertentu.
Jadi, berikan nilai positif ke N (1, 2, 3...), adalah mungkin untuk menghitung energi tingkat atom. Parameter N sekarang disebut bilangan kuantum utama, karena pada akhirnya terhubung ke setiap tingkat atom yang diizinkan untuk sebuah atom.
Ke fungsi gelombang elektron disebut orbital atom, yang ekspresi matematisnya juga diperoleh dengan menyelesaikan persamaan Schrödinger. Orbital atom menyajikan distribusi elektron dalam atom, yaitu wilayah probabilitas keberadaan elektron dalam atom. Orbital atom dapat memiliki bentuk dan energi yang berbeda, juga diperoleh dengan persamaan Schrödinger.
Untuk setiap tingkat energi N (Mengingat itu N bisa 1, 2, 3...), ada N sublevel. Di setiap sublevel, ada orbital dengan bentuk berbeda. Tidak ada batasan untuk orbital yang berbeda, tetapi dengan atom yang diketahui sejauh ini, ahli kimia hanya menggunakan empat di antaranya, yang diidentifikasi dengan huruf. S, P, D Dia F.
Jadi, misalnya di level N = 1, hanya ada satu sublevel, jadi hanya ada orbital S. Sekarang untuk levelnya N = 2, ada dua sublevel, orbitalnya ada S Dia P.
Kemajuan model atom Schrödinger dalam kaitannya dengan model atom lainnya
Sebagaimana dimaksud, Schrödinger tidak menyajikan model tetapi interpretasi matematis. untuk fenomena yang diamati mengenai sifat partikel. Oleh karena itu, interpretasinya menjadi rumit, karena persamaan Schrödinger itu sendiri membutuhkan pengetahuan matematika tingkat lanjut untuk penyelesaiannya dan bahkan untuk interpretasinya.
Namun, Studi Schrödinger membawa kekuatan besar untuk membenarkan energi atom dan elektron hadiah. Misalnya, resolusi persamaan Schrödinger menegaskan model atom Bohr untuk atom hidrogen dan atom hidrogenoid lainnya (yang hanya memiliki 1 elektron). Seperti Schrödinger, Bohr sampai pada tingkat energi yang diperbolehkan untuk atom hidrogen.
Namun, model atom Bohr tidak mampu mencapai tingkat elektronik untuk atom dengan lebih dari 1 elektron dan dengan demikian menunjukkan kelemahan utamanya. Ketika dua elektron hadir, perlu untuk mempertimbangkan tolakan elektronik di antara mereka, parameter yang dapat ditambahkan ke pemahaman matematis yang diusulkan oleh Schrödinger.
Poin penting lainnya dari studi Schrödinger adalah adaptasi konsep kuantum, seperti dualitas partikel, serta lintasan elektron yang tepat. Definisi orbital atom sangat penting untuk memahami struktur semua atom. A kepadatan probabilitas (ψ²) membantu kita memahami bagaimana elektron menempati orbital atom dalam atom polielektronik, membawa informasi yang lebih spesifik tentang energi elektron.
Oleh Stefano Araujo Novais
Guru kimia
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/modelo-atomico-de-schrodinger.htm
