○ シュレーディンガーの原子模型 を指定するために使用される一般的な形式です。 原子の説明 1927 年にオーストリアの物理学者エルヴィン シュレーディンガーによって提案されたシュレーディンガー方程式を解くことによって。 この方程式は量子力学で得られた重要な観察に基づいて考案され、原子と電子のエネルギーに対する確固たる正当化をもたらします。
シュレディンガーによって考えられた原子は、20 世紀初頭に作られた概念の中でも、波動と粒子の二重性、不確定性原理に基づいています。 これは、ボーアが提案した原子モデルでは不可能だった多電子原子のより確実な理解への道を切り開き、物質の理解に大きな進歩をもたらしました。
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シュレーディンガーの原子模型についてのまとめ
シュレーディンガーの原子モデルは、実際にはシュレーディンガー方程式による原子と電子の記述です。
シュレディンガー方程式は、量子力学の分野における重要な研究を通じて開発されました。
波動粒子双対性、不確定性原理などの理論は、シュレーディンガー方程式の作成に不可欠でした。
シュレーディンガー方程式を解くと、電子のエネルギーだけでなく原子のエネルギーも記述することができます。
シュレーディンガー方程式の解釈に基づいて、電子には 原子の周りの明確な軌道ではなく、原子の周りの存在確率の領域 彼から。
シュレディンガーの研究は、 ボーアによって提案された原子の理解多電子原子の挙動を理解できるからです。
シュレーディンガーの原子模型とは何ですか?
シュレディンガー原子模型は、 量子力学に基づいた原子モデルの記述. このモデルの主な特徴は、電子が採用する波動と粒子の二重性の数学的解釈です。 具体的には、明確に定義された電子の軌道を、その周囲の電子の存在確率で置き換えることです。 芯。
このような解釈は、重要な進歩の後、1927 年にオーストリアの科学者エルヴィン シュレーディンガーの研究を通じて始まりました。 光電効果、不確定性原理、双対性などの量子力学の分野における物質の理解において 波動粒子。
シュレーディンガーの原子モデルの理解は簡単ではなく、化学研究のより高度なレベルでアプローチされます。
シュレーディンガーの原子モデルの実験的基礎
エルヴィン・シュレーディンガーの研究が始まる前に、重要な進歩がありました。
物事の理解 20世紀初頭。 このような実験は、量子力学として知られる理論的知識の分野を開始し、原子スケールに近いかそれ以下の粒子の挙動についての解釈をもたらしました。 この特定の宇宙では、ニュートン物理学としても知られる古典物理法則は、多くの場合適用されないか、特定の動作を説明するのに十分ではありません。アイデアを得るために、量子力学は紫外線カタストロフとして知られるトピックから始まると言えます。 古典物理学によれば、温度がゼロとは異なる黒体 (高温の物体) は、ガンマ線や X 線に加えて、強力な紫外線を放射します。
これは、私たち人間は、体温が 36 ～ 37 °C であれば、暗闇の中で光ることを意味します (白熱の結果)。 言うまでもなく、これは全くのナンセンスです。なぜなら、もしそうなら、暗闇は存在しないからです。
この文脈では、 1900 年にマックス プランクは、 いくら、物質と放射線の間のエネルギーの交換を説明するために、「エネルギーのパケット」と訳されます。 彼の解釈によれば、（私たちのような）低温の体には、高周波紫外線を放射するのに十分なエネルギーがありません。
したがって、身体は必要最小限のエネルギーを獲得した場合にのみ高周波紫外線を放射することができます。 この状態では、放射エネルギーのパケットを通じて物質と周囲の間でエネルギーの交換が行われます。
エネルギー パケットは、古典的な物理学との関係でも違いをもたらします。 エネルギーのパケットについて話すとき、それは量子化されたエネルギーを指します。、つまり、具体的であり、制限が課せられています。 ニュートン物理学では、2 つの物体間で交換されるエネルギー量には制限がありません。
光電効果
プランクによって提案された理論に堅牢性を与えるためには、より多くの証拠が必要でした。 この文脈で、光電効果が現れました。、表面への紫外線の入射による金属からの電子の放出を扱います。
この理論の観察によると、放射線が各金属に特有の特定の値の周波数に達するまで電子は放出されません。 この周波数に達すると、電子はすぐに放出され、入射放射線の周波数が強ければ強いほど、放出される電子の速度も速くなります。
あ 光電効果の説明はアルバート・アインシュタインによって与えられました. アインシュタインによれば、電子の放出に使用される電磁放射 (たとえば、光は電磁放射です) は次のもので構成されています。 光子として知られる粒子、さらに、各光子はエネルギーのパケットとして解釈できます。 プランクの研究に基づいて、紫外線の光子は可視光の光子よりもエネルギーが高いと結論付けることができました。
金属の表面に衝突すると、光子（電磁放射の構成要素）はそこに存在する電子とエネルギーを交換します。 光子との衝突によって電子が吸収するエネルギーが十分に大きい場合、電子は放出されます。 光電効果について詳しく知りたい場合は、ここをクリックしてください。 ここ.
波動粒子双対性
光電効果は、電磁放射が粒子 (光子) で構成されているという強力な基礎をもたらしました。 しかし、他の多くの実験は、電磁放射が波のように振る舞うことを示しました。 これらの実験の中で、最も衝撃的だったのは回折でした。これは、波が障害物に遭遇したときに観察される物理現象、または別の解釈では、 波が障害物を乗り越える能力.
○ 光の波動特性は 1801 年から知られていました、イギリスの物理学者トーマス・ヤングがスリットのある障壁に光を当てたとき。 光はこのスリットを通過する際に回折を受けます。 スリットを通過するたびに、光は通過する場合も含め、回折される場合も含めて、新たな回折を受けます。
このような、 電磁放射に対する新たな振る舞いを受け入れる必要があった: 波動と粒子の二重性。 そこから、フランスの科学者ルイ・ド・ブロイはこの概念を拡張し、すべての粒子も波動を持つものとして理解されるべきであると提案しました。
ド・ブロイ仮説は 1925 年にアメリカの科学者クリントン・デイヴィソンとレスターによって有力になりました。 ゲルマーは、電子ビームが単結晶を通過するときに回折を受ける可能性があることを証明しました。 ニッケル。
この認識は、分子などのより重い粒子も回折を受ける可能性があり、したがって波状の挙動を示すという結論に達するために不可欠でした。 波動と粒子の二重性について詳しくは、ここをクリックしてください。 ここ.
不確定性原理
古典物理学では、粒子の経路を決定するのは簡単です。 しかし、粒子も波のように振る舞う量子の世界では、粒子の軌道はもはやそれほど正確ではありません。 なぜなら、 波の位置について話すのは無意味です.
たとえば、ギターで弦を弾くと、波が弦全体に広がります。 粒子がこれと同じ動作をする場合、その位置を正確に定義する方法はありません。 その線形運動量を知る （質量と速度を混ぜた量）。
したがって、電子には二重の性質もあり、多くの人が信じているように、原子核の周りに定義された軌道/経路はありません。 あこの場合、二重性により粒子の正確な位置が不確実になります。
位置の定義におけるこの不確実性は、非常に重い天体では無視できますが、原子サイズや原子サイズの天体では完全に重要です。 亜原子、つまり、粒子が特定の瞬間に特定の場所にあることがわかっていても、次の瞬間にはそれがどこにあるかはわかりません。 インスタント。
このジレンマから不確実性原理が生じました。1927年にドイツの物理学者ヴェルナー・ハイゼンベルクによって設立されました。 この原理によれば、粒子の位置と線形運動量を誤差なしに知ることは不可能です。つまり、一方の特性がわかっていても、もう一方の特性はわかっていません。 不確定性原理の詳細については、ここをクリックしてください。 ここ.
シュレーディンガーの原子模型の特徴
粒子の二重の性質から、その粒子の特定の軌道を定義することはもはや不可能だったため、1927 年にオーストリアの科学者エルヴィンは、 シュレディンガーは、この正確な軌道を波動関数に置き換えました。、ギリシャ文字 psi (ψ) で表され、この関数の値は位置に応じて変化します。 波動関数の例は、次の正弦関数です。 バツ.
科学者のマックス・ボルンは、波動関数の物理的解釈を作成し、次のように述べました。 関数 ψ の 2 乗、つまり ψ² は、粒子が見つかる確率に比例します。 領域。 したがって、ψ² は、ある領域で粒子が見つかる確率密度として理解されます。 これは確率密度であるため、真の確率を取得するには、ψ² の値に体積を乗算する必要があります。
波動関数を計算するために、シュレーディンガーは方程式を開発しました。、次のように簡略化されます。
Hψ = Eψ
Hψ は「psi のハミルトニアン」と読み、波動関数の曲率を表します。 ハミルトニアンは、プラス、マイナス、対数などと同じ数学演算子です。 右側は対応するエネルギーをもたらします。
この方程式の解は重要な結論をもたらします。 粒子は離散的なエネルギーのみを持つことができますs、つまり、明確に決定されたエネルギー、または量子化されたものであり、値ではありません。 これらの特定のエネルギー値は、エネルギー レベルとして知られています。 これは、波動関数が空間の特定の領域に収まる必要があるため、波動関数を押し付けたものです。 古典力学では、物体は任意の総エネルギー値を持つことができます。
このような、 電子はエネルギーを持つことができません、しかし明確に定義されたエネルギーレベル。 波動関数は空間領域に適合する必要があるため、次のことを覚えておいてください。 電子は原子の中に閉じ込められている それが原子核に対して持つ引力によって。
原子のエネルギー準位は、シュレディンガー方程式を適切に解くことで計算できます。 この場合、分解能が新しい方程式に達していることがわかります。これは、原子内の各準位のエネルギーが、と呼ばれる整数に依存することを示しています。 nこれは、エネルギーレベルには特定の値があるという考えを裏付けています。
したがって、正の値を代入すると、 n (1、2、3...)、原子レベルのエネルギーを計算することができます。 パラメータ n は、最終的に原子に許可される各原子レベルにリンクされるため、現在では主量子数と呼ばれています。
へ 電子の波動関数は原子軌道と呼ばれます、その数式もシュレーディンガー方程式を解くことによって得られます。 原子軌道は、原子内の電子の分布、つまり原子内の電子が存在する確率の領域を表します。 原子軌道はさまざまな形状とエネルギーを持つことができ、これもシュレーディンガー方程式によって得られます。
あらゆるエネルギーレベルに対応 n (それを思い出して n 1、2、3...) があります。 n サブレベル. 各サブレベルには、異なる形状の軌道があります。 さまざまな軌道に制限はありませんが、これまでに知られている原子では、化学者が使用するのは文字で識別される 4 つだけです。 s, P, d それは f.
したがって、たとえば、レベルでは n = 1、サブレベルは 1 つだけなので、軌道のみが存在します。 s. さてレベルについて n = 2、2 つのサブレベルがあり、軌道が存在します。 s それは P.
他の原子モデルと関連したシュレーディンガーの原子モデルの進歩
述べたように、 シュレーディンガーは必ずしもモデルを提示したわけではなく、数学的解釈を提示しました。 粒子の性質に関する観察された現象について。 したがって、シュレディンガー方程式自体がその解決のために、さらにはその解釈のためにも高度な数学的知識を必要とするため、その解釈は複雑になります。
しかし シュレディンガーの研究は、原子と電子のエネルギーを正当化するための優れた堅牢性をもたらしました。 贈り物。 たとえば、シュレディンガー方程式の解決により、水素原子およびその他の水素化原子 (電子を 1 つだけ持つ原子) に関するボーアの原子モデルが確認されます。 シュレディンガーと同様に、ボーアは水素原子の許容エネルギー準位に到達しました。
しかし、ボーアの原子モデルは 1 つ以上の電子を持つ原子の電子レベルに到達することができないため、その主な弱点が明らかになります。 2 つの電子が存在する場合、それらの間の電子反発力を考慮する必要があります。これは、シュレーディンガーによって提案された数学的理解に追加できるパラメーターです。
シュレーディンガーの研究のもう 1 つの重要な点は、粒子の二重性や電子の正確な軌道などの量子概念の適応です。 原子軌道の定義は、原子軌道を理解する上で非常に重要です。 すべての原子の構造. あ 確率密度 (ψ²) は、電子が原子軌道をどのように占めるかを理解するのに役立ちます。 多電子原子において、電子のエネルギーに関するより具体的な情報をもたらします。
ステファノ・アラウホ・ノヴァイス著
化学の先生
ソース： ブラジル学校 - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/modelo-atomico-de-schrodinger.htm