ო შრედინგერის ატომური მოდელი არის ჩვეულებრივი ფორმა, რომელიც გამოიყენება აღსანიშნავად ატომის აღწერა ავსტრიელი ფიზიკოსის ერვინ შროდინგერის მიერ 1927 წელს შემოთავაზებული შროდინგერის განტოლების ამოხსნით. განტოლება ჩაფიქრებულია კვანტურ მექანიკაში მიღებულ მნიშვნელოვან დაკვირვებებზე დაყრდნობით, რაც ატომისა და ელექტრონის ენერგიის მტკიცე დასაბუთებას იძლევა.
შრედინგერის მიერ ჩაფიქრებული ატომი ემყარება ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობას, გაურკვევლობის პრინციპს, მე-20 საუკუნის დასაწყისში დამკვიდრებულ სხვა ცნებებს შორის. მან დიდი პროგრესი მოიტანა მატერიის გაგებაში, რადგან გზა გაუხსნა პოლიელექტრონული ატომების უფრო მყარი გაგებისთვის, რაც შეუძლებელია ბორის მიერ შემოთავაზებული ატომური მოდელით.
წაიკითხე შენც: ატომური მოდელები - ატომის სტრუქტურის ასახსნელად შემოთავაზებული მოდელები
შეჯამება შრედინგერის ატომური მოდელის შესახებ
შროდინგერის ატომური მოდელი სინამდვილეში არის ატომისა და ელექტრონების აღწერა შრედინგერის განტოლების მეშვეობით.
შროდინგერის განტოლება შეიქმნა კვანტური მექანიკის სფეროში მნიშვნელოვანი კვლევების შედეგად.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა, გაურკვევლობის პრინციპი, სხვა თეორიებთან ერთად, არსებითი იყო შრედინგერის განტოლების შესაქმნელად.
შროდინგერის განტოლების ამოხსნისას შესაძლებელია როგორც ატომის, ასევე ელექტრონის ენერგიის აღწერა.
შროდინგერის განტოლების ინტერპრეტაციიდან გამომდინარე, ჩანს, რომ ელექტრონებს არ გააჩნიათ განსაზღვრული ორბიტა ატომის გარშემო, არამედ არსებობის ალბათობის რეგიონი მისგან.
შრედინგერის კვლევები აფართოებს ბორის მიერ შემოთავაზებული ატომის გაგება, რადგან ისინი პოლიელექტრონული ატომების ქცევის გაგების საშუალებას იძლევა.
რა არის შრედინგერის ატომური მოდელი?
შრედინგერის ატომური მოდელი არის საერთო სახელი კვანტურ მექანიკაზე დაფუძნებული ატომური მოდელის აღწერა. ამ მოდელის მთავარი მახასიათებელია ელექტრონების მიერ მიღებული ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის მათემატიკური ინტერპრეტაცია, მეტი კონკრეტულად, ელექტრონის კარგად განსაზღვრული ტრაექტორიის ჩანაცვლება ელექტრონის გარშემო ელექტრონის არსებობის ალბათობით. ბირთვი.
ასეთი ინტერპრეტაცია დაიწყო ავსტრიელი მეცნიერის ერვინ შროდინგერის ნაშრომით, 1927 წელს, მნიშვნელოვანი მიღწევების შემდეგ. კვანტური მექანიკის სფეროში მატერიის გაგებაში, როგორიცაა ფოტოელექტრული ეფექტი, გაურკვევლობის პრინციპი და ორმაგი ტალღა-ნაწილაკი.
შრედინგერის ატომური მოდელის გაგება არ არის ტრივიალური, მას ქიმიის შესწავლის უფრო მოწინავე დონეზე მივუდგებით.
შრედინგერის ატომური მოდელის ექსპერიმენტული საფუძველი
ერვინ შროდინგერის შესწავლამდე მნიშვნელოვანი წინსვლა იყო მატერიის გაგება მე-20 საუკუნის დასაწყისში. ასეთმა ექსპერიმენტებმა წამოიწყო თეორიული ცოდნის სფერო, რომელიც ცნობილია კვანტური მექანიკის სახელით, რომელიც გვაძლევს ინტერპრეტაციებს ნაწილაკების ქცევის შესახებ ატომურ მასშტაბთან ახლოს ან მის ქვემოთ. ამ კონკრეტულ სამყაროში კლასიკური ფიზიკის კანონები, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ნიუტონის ფიზიკა, ხშირად არ გამოიყენება ან საკმარისი არ არის გარკვეული ქცევის ასახსნელად.
უბრალოდ წარმოდგენა რომ მივიღოთ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კვანტური მექანიკა იწყება თემით, რომელიც ცნობილია როგორც ულტრაიისფერი კატასტროფა. კლასიკური ფიზიკის მიხედვით, შავი სხეული (ცხელი ობიექტი), ნულისაგან განსხვავებული ტემპერატურით, გამა გამოსხივებისა და რენტგენის გარდა, ასხივებს ძლიერ ულტრაიისფერ გამოსხივებას.
ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ, ადამიანები, 36-37 °C ტემპერატურით, სიბნელეში ანათებს (ინკანდესცენციის შედეგი). ზედმეტია იმის თქმა, რომ ეს სრული სისულელეა, რადგან ასე რომ ყოფილიყო, სიბნელე არ იქნებოდა.
Ამ კონტექსტში, 1900 წელს მაქს პლანკმა შექმნა კონცეფცია რამდენი, ითარგმნება როგორც "ენერგიის პაკეტები", რათა აიხსნას ენერგიის გაცვლა მატერიასა და რადიაციას შორის. მისი ინტერპრეტაციით, დაბალ ტემპერატურაზე მყოფ სხეულს (ჩვენსავით) არ აქვს საკმარისი ენერგია მაღალი სიხშირის ულტრაიისფერი გამოსხივების გამოსასხივებლად.
ამრიგად, სხეულს შეუძლია მხოლოდ მაღალი სიხშირის ულტრაიისფერი გამოსხივების გამოსხივება, როდესაც ის იძენს მინიმალურ საჭირო ენერგიას. ამ მდგომარეობაში ენერგიის გაცვლა მატერიასა და გარემოს შორის ხდება რადიაციული ენერგიის პაკეტების მეშვეობით.
ენერგიის პაკეტებს ასევე მოაქვთ განსხვავება კლასიკურ ფიზიკასთან მიმართებაში. როდესაც ვსაუბრობთ ენერგიის პაკეტებზე, ეს ეხება ენერგიას, რომელიც კვანტიზებულია, ანუ სპეციფიკურია, არის ლიმიტების დაწესება. ნიუტონის ფიზიკაში ორ ობიექტს შორის გაცვლილი ენერგიის რაოდენობას არანაირი შეზღუდვა არ აქვს.
ფოტოელექტრული ეფექტი
პლანკის მიერ შემოთავაზებული თეორიებისთვის სიმტკიცე რომ მიმეცა, მეტი მტკიცებულება იყო საჭირო. ამ კონტექსტში გამოჩნდა ფოტოელექტრული ეფექტი., რომელიც ეხება ლითონისგან ელექტრონების გამოდევნას მის ზედაპირზე ულტრაიისფერი გამოსხივების გაჩენის გზით.
ამ თეორიის დაკვირვების თანახმად, ელექტრონები არ გამოიდევნება მანამ, სანამ რადიაცია არ მიაღწევს გარკვეული სიხშირის სიხშირეს, სპეციფიკური თითოეული ლითონისთვის. ამ სიხშირის მიღწევის შემდეგ, ელექტრონები მაშინვე გამოიდევნება და რაც უფრო ინტენსიური იქნება ინციდენტის გამოსხივების სიხშირე, მით უფრო სწრაფი იქნება გამოდევნილი ელექტრონი.
ა ფოტოელექტრული ეფექტის ახსნა მოგვცა ალბერტ აინშტაინმა. აინშტაინის თანახმად, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება (სინათლე, მაგალითად, ელექტრომაგნიტური გამოსხივებაა), რომელიც გამოიყენება ელექტრონების განდევნისთვის, შედგებოდა ფოტონების სახელით ცნობილი ნაწილაკებიდა, უფრო მეტიც, თითოეული ფოტონი შეიძლება იქნას განმარტებული, როგორც ენერგიის პაკეტი. პლანკის კვლევებზე დაყრდნობით, შესაძლებელი გახდა დავასკვნათ, რომ ულტრაიისფერი გამოსხივების ფოტონები უფრო ენერგიულია, ვიდრე ხილული სინათლის ფოტონები.
ლითონის ზედაპირთან შეჯახებისას ფოტონები (ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შემადგენელი კომპონენტები) ენერგიას ცვლიან იქ არსებულ ელექტრონებთან. თუ ელექტრონის მიერ ფოტონებთან შეჯახების შედეგად შთანთქმული ენერგია საკმარისად დიდია, მაშინ ის გამოიდევნება. მეტი ინფორმაციისთვის ფოტოელექტრული ეფექტის შესახებ დააწკაპუნეთ აქ.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა
ფოტოელექტრული ეფექტმა შექმნა ძლიერი საფუძველი იმისა, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება შედგება ნაწილაკებისგან (ფოტონები). თუმცა, ბევრმა სხვა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის მსგავსად იქცეოდა. ამ ექსპერიმენტებიდან ყველაზე გასაოცარი იყო დიფრაქცია - ფიზიკური ფენომენი, რომელიც შეინიშნება, როდესაც ტალღა ხვდება დაბრკოლებას ან, სხვა ინტერპრეტაციით, ტალღების უნარი, გადალახოს დაბრკოლებები.
ო სინათლის ტალღური ხასიათი ცნობილია 1801 წლიდან, როდესაც ინგლისელმა ფიზიკოსმა თომას იანგმა აანთო შუქი ჭრილით ბარიერს. როდესაც ის გადის ამ ჭრილში, სინათლე განიცდის დიფრაქციას. თითოეულ ჭრილში, მათ შორის, როდესაც სინათლე გადის, თუნდაც დიფრაქციული, ის განიცდის ახალ დიფრაქციას.
Ამგვარად, საჭირო იყო ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ახალი ქცევის მიღება: ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა. იქიდან ფრანგმა მეცნიერმა ლუი დე ბროგლიმ გააფართოვა ეს კონცეფცია და ვარაუდობს, რომ ყველა ნაწილაკი ასევე უნდა იქნას გაგებული, როგორც ტალღის ქცევა.
დე ბროლის ჰიპოთეზამ ძალა მოიპოვა 1925 წელს, როდესაც ამერიკელი მეცნიერები კლინტონ დევისონი და ლესტერი გერმერმა დაამტკიცა, რომ ელექტრონის სხივს შეუძლია განიცადოს დიფრაქცია, როდესაც გადის ერთ კრისტალში. ნიკელი.
ეს აღქმა არსებითი იყო იმისთვის, რომ მივსულიყავით დასკვნამდე, რომ მძიმე ნაწილაკებს, როგორიცაა მოლეკულები, ასევე შეუძლიათ დიფრაქციის გავლა და, შესაბამისად, ტალღის მსგავსი ქცევის გამოვლენა. ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის შესახებ მეტის გასაგებად დააწკაპუნეთ აქ.
გაურკვევლობის პრინციპი
კლასიკურ ფიზიკაში თქვენთვის ადვილია ნაწილაკების ტრაექტორიის დადგენა. თუმცა, კვანტურ სამყაროში, რომელშიც ნაწილაკები ასევე ტალღებივით იქცევიან, მათი ტრაექტორია აღარ არის ისეთი ზუსტი. ეს იმიტომ აზრი არ აქვს ტალღის მდებარეობაზე ლაპარაკს.
მაგალითად, გიტარაზე, როცა სიმს ჭრი, ტალღა მთელ სიგრძეზე ვრცელდება. თუ ნაწილაკს აქვს იგივე ქცევა, მისი მდებარეობის ზუსტად განსაზღვრის გზა არ არსებობს იცის მისი წრფივი იმპულსი (რაოდენობა, რომელიც აერთიანებს მასას და სიჩქარეს).
მაშასადამე, ელექტრონს, რომელსაც ასევე აქვს ორმაგი ხასიათი, არ აქვს განსაზღვრული ორბიტა/გზა ატომის ბირთვის გარშემო, როგორც ბევრს სჯერა. აორმაგობა მაშინ ქმნის გაურკვევლობას ნაწილაკების ზუსტი პოზიციის შესახებ.
პოზიციის განსაზღვრაში ეს გაურკვევლობა უმნიშვნელოა ძალიან მძიმე სხეულებისთვის, მაგრამ სრულიად მნიშვნელოვანია ატომური ზომის ან სხეულებისთვის. სუბატომური, ანუ თუ იცით, რომ ნაწილაკი არის გარკვეულ ადგილას, გარკვეულ მომენტში, აღარ გეცოდინებათ სად იქნება ის შემდეგში მყისიერი.
ამ დილემიდან წარმოიშვა გაურკვევლობის პრინციპი.დააარსა გერმანელმა ფიზიკოსმა ვერნერ ჰაიზენბერგმა 1927 წელს. ამ პრინციპის მიხედვით, შეუძლებელია ნაწილაკების პოზიციისა და წრფივი იმპულსის ცოდნა ცდომილების ზღვრის გარეშე, ანუ თუ ერთი თვისება ცნობილია, მეორე არა. გაურკვევლობის პრინციპის შესახებ მეტის გასაგებად დააწკაპუნეთ აქ.
შრედინგერის ატომური მოდელის მახასიათებლები
იმის გამო, რომ ნაწილაკების ორმაგი ხასიათიდან გამომდინარე, უკვე შეუძლებელი იყო მისთვის კონკრეტული ტრაექტორიის განსაზღვრა, 1927 წელს ავსტრიელმა მეცნიერმა ერვინმა შრედინგერმა შეცვალა ეს ზუსტი ტრაექტორია ტალღის ფუნქციით, წარმოდგენილია ბერძნული ასო psi (ψ) მიერ, ამ ფუნქციის მნიშვნელობები იცვლება პოზიციის მიხედვით. ტალღური ფუნქციის მაგალითია სინუსური ფუნქცია x.
შემდეგ მეცნიერმა მაქს ბორნმა შექმნა ტალღის ფუნქციის ფიზიკური ინტერპრეტაცია და განაცხადა, რომ ψ ფუნქციის კვადრატი, ანუ ψ², პროპორციული იქნება ნაწილაკების პოვნის ალბათობისა რეგიონი. ამრიგად, ψ² გაგებულია, როგორც ნაწილაკების პოვნის ალბათობის სიმკვრივე ზოგიერთ რეგიონში. ვინაიდან ეს არის ალბათობის სიმკვრივე, ψ²-ის მნიშვნელობა უნდა გამრავლდეს მოცულობაზე, რათა მივიღოთ ჭეშმარიტი ალბათობა.
ტალღის ფუნქციის გამოსათვლელად შრედინგერმა შეიმუშავა განტოლება, გამარტივებულია შემდეგნაირად:
Hψ = Eψ
Hψ უნდა წავიკითხოთ, როგორც "ფსი-ის ჰამილტონი" და აღწერს ტალღის ფუნქციის გამრუდებას. ჰამილტონიანი არის მათემატიკური ოპერატორი, ისევე როგორც პლუსი, მინუსი, ჟურნალი და ა.შ. მარჯვენა მხარე გვაწვდის შესაბამის ენერგიას.
ამ განტოლების ამოხსნა გვაძლევს მნიშვნელოვან დასკვნას: ნაწილაკებს მხოლოდ დისკრეტული ენერგიები შეუძლიათs, ანუ კარგად განსაზღვრული ენერგიები, ან კვანტური და არა რაიმე მნიშვნელობა. ეს სპეციფიკური ენერგეტიკული ღირებულებები ცნობილია, როგორც ენერგიის დონე. ეს არის ტალღის ფუნქციის დაწესება, რადგან ის უნდა მოერგოს სივრცის კონკრეტულ რეგიონს. კლასიკურ მექანიკაში ობიექტს შეიძლება ჰქონდეს მთლიანი ენერგიის ნებისმიერი მნიშვნელობა.
Ამგვარად, ელექტრონს არ შეიძლება ჰქონდეს ენერგია, მაგრამ კარგად განსაზღვრული ენერგიის დონეები. ვინაიდან ტალღის ფუნქცია უნდა მოერგოს სივრცის რეგიონს, გახსოვდეთ, რომ a ელექტრონი შემოიფარგლება ატომის შიგნით მიზიდულობის ძალების მეშვეობით, რაც მას აქვს ბირთვისთვის.
ატომის ენერგეტიკული დონეები შეიძლება გამოითვალოს შრედინგერის განტოლების სათანადო ამოხსნით. ამ შემთხვევაში, შეინიშნება, რომ გარჩევადობა აღწევს ახალ განტოლებას, რაც ცხადყოფს, რომ ატომში თითოეული დონის ენერგია დამოკიდებულია მთელ რიცხვზე, ე.წ. ნ, რაც ადასტურებს იმ აზრს, რომ ენერგიის დონეს აქვს კონკრეტული მნიშვნელობები.
ამრიგად, დადებითი მნიშვნელობების მინიჭება ნ (1, 2, 3...), შესაძლებელია ატომური დონეების ენერგიის გამოთვლა. პარამეტრი ნ ახლა მას უწოდებენ მთავარ კვანტურ რიცხვს, რადგან ის მთავრდება დაკავშირებული ატომისთვის დაშვებულ თითოეულ ატომთან.
რომ ელექტრონული ტალღის ფუნქციებს ატომური ორბიტალები ეწოდება, რომლის მათემატიკური გამოსახულებები ასევე მიღებულია შროდინგერის განტოლების ამოხსნით. ატომური ორბიტალი წარმოადგენს ელექტრონის განაწილებას ატომში, ანუ ატომში ელექტრონის არსებობის ალბათობის რეგიონს. ატომურ ორბიტალებს შეიძლება ჰქონდეთ განსხვავებული ფორმა და ენერგია, რომელიც ასევე მიღებულია შროდინგერის განტოლებით.
ენერგიის ყველა დონისთვის ნ ( ამის გახსენება ნ შეიძლება იყოს 1, 2, 3...), არის ნ ქვედონეები. თითოეულ ქვედონეზე არის სხვადასხვა ფორმის ორბიტალები. არ არსებობს შეზღუდვა სხვადასხვა ორბიტალებზე, მაგრამ აქამდე ცნობილი ატომებით ქიმიკოსები იყენებენ მხოლოდ ოთხ მათგანს, რომლებიც იდენტიფიცირებულია ასოებით. ს, პ, დ Ეს არის ვ.
ასე, მაგალითად, დონეზე ნ = 1, არის მხოლოდ ერთი ქვედონე, ამიტომ არის მხოლოდ ორბიტალი ს. ახლა დონისთვის ნ = 2, არის ორი ქვედონე, ორბიტალები არსებობს ს Ეს არის პ.
შრედინგერის ატომური მოდელის მიღწევები სხვა ატომურ მოდელებთან მიმართებაში
როგორც აღინიშნა, შრედინგერმა სულაც არ წარმოადგინა მოდელი, არამედ მათემატიკური ინტერპრეტაცია. ნაწილაკების ბუნებასთან დაკავშირებული დაკვირვებული ფენომენებისთვის. აქედან გამომდინარე, მისი ინტერპრეტაცია რთული ხდება, რადგან შროდინგერის განტოლებას თავად სჭირდება მოწინავე მათემატიკური ცოდნა მისი გადაჭრისთვის და თუნდაც მისი ინტერპრეტაციისთვის.
თუმცა, შროდინგერის კვლევებმა მოიტანა დიდი სიმტკიცე ატომებისა და ელექტრონების ენერგიის გასამართლებლად საჩუქრები. მაგალითად, შროდინგერის განტოლების გარჩევადობა ადასტურებს ბორის ატომურ მოდელს წყალბადის ატომისა და სხვა წყალბადის ატომებისთვის (მათ, რომლებსაც აქვთ მხოლოდ 1 ელექტრონი). შროდინგერის მსგავსად, ბორიც მიაღწია წყალბადის ატომისთვის დასაშვებ ენერგეტიკულ დონეებს.
თუმცა, ბორის ატომურ მოდელს არ შეუძლია მიაღწიოს ელექტრონულ დონეებს 1-ზე მეტი ელექტრონის მქონე ატომებისთვის და, ამრიგად, აჩვენებს მის მთავარ სისუსტეს. როდესაც ორი ელექტრონი არსებობს, აუცილებელია მათ შორის ელექტრონული მოგერიების გათვალისწინება, პარამეტრი, რომელიც შეიძლება დაემატოს შრედინგერის მიერ შემოთავაზებულ მათემატიკურ გაგებას.
შროდინგერის კვლევების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პუნქტია კვანტური ცნებების ადაპტაცია, როგორიცაა ნაწილაკების ორმაგობა, ასევე ელექტრონის ზუსტი ტრაექტორია. ატომური ორბიტალის განმარტება ძალიან მნიშვნელოვანია გასაგებად ყველა ატომის სტრუქტურა. ა ალბათობის სიმკვრივე (ψ²) გვეხმარება გავიგოთ, როგორ იკავებენ ელექტრონები ატომურ ორბიტალებს პოლიელექტრონულ ატომებში, რაც უფრო კონკრეტულ ინფორმაციას მოაქვს ელექტრონის ენერგიის შესახებ.
სტეფანო არაუჯო ნოვაისის მიერ
ქიმიის მასწავლებელი
წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/modelo-atomico-de-schrodinger.htm