영형 슈뢰딩거의 원자 모형 를 지정하는 데 사용되는 일반적인 형식입니다. 원자에 대한 설명 1927년 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 제안한 슈뢰딩거 방정식을 풀면 됩니다. 이 방정식은 양자 역학에서 얻은 중요한 관찰을 기반으로 생각되어 원자와 전자의 에너지에 대한 강력한 정당성을 제공합니다.
슈뢰딩거가 생각한 원자는 20세기 초에 만들어진 다른 개념들 중에서도 파동-입자 이중성, 불확정성 원리에 기반을 두고 있습니다. 그것은 보어가 제안한 원자 모델로는 불가능한 폴리전자 원자에 대한 보다 견고한 이해를 위한 길을 열었기 때문에 물질에 대한 이해에 큰 발전을 가져왔습니다.
너무 읽기: 원자 모델 — 원자의 구조를 설명하기 위해 제안된 모델
이 기사의 주제
- 1 - 슈뢰딩거의 원자 모델 요약
- 2 - 슈뢰딩거의 원자 모델이란 무엇입니까?
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3 - 슈뢰딩거의 원자 모델에 대한 실험적 기초
- 광전 효과
- 파동 입자 이중성
- 불확정성 원리
- 4 - 슈뢰딩거 원자 모델의 특성
- 5 - 다른 원자 모델과 관련된 슈뢰딩거 원자 모델의 발전
슈뢰딩거의 원자 모델에 대한 요약
슈뢰딩거의 원자 모델은 실제로 슈뢰딩거 방정식을 통한 원자와 전자의 설명입니다.
슈뢰딩거 방정식은 양자역학 분야의 중요한 연구를 통해 개발되었습니다.
다른 이론 중에서도 파동-입자 이중성, 불확정성 원리는 슈뢰딩거 방정식을 만드는 데 필수적이었습니다.
슈뢰딩거 방정식을 풀면 전자의 에너지뿐만 아니라 원자의 에너지도 기술할 수 있습니다.
슈뢰딩거 방정식의 해석을 바탕으로 전자가 가지고 있지 않다는 것을 알 수 있습니다. 원자 주변의 명확한 궤도, 오히려 주변의 존재 확률 영역 그로부터.
슈뢰딩거의 연구는 보어가 제안한 원자에 대한 이해, 그들은 polyelectronic 원자의 거동을 이해할 수 있기 때문에.
슈뢰딩거의 원자 모델이란 무엇입니까?
슈뢰딩거 원자 모델은 다음의 일반적인 이름입니다. 양자 역학에 기초한 원자 모델의 설명. 이 모델의 주요 특징은 전자가 채택한 파동-입자 이중성에 대한 수학적 해석입니다. 구체적으로, 전자의 잘 정의된 궤적을 주변 전자의 존재 확률로 대체하는 것입니다. 핵심.
이러한 해석은 1927년 오스트리아 과학자 Erwin Schrödinger의 작업을 통해 시작되었으며, 광전효과, 불확정성 원리, 이중성 등 양자역학 분야의 물질 이해 파동 입자.
슈뢰딩거의 원자 모델에 대한 이해는 사소하지 않으며 화학 연구의 고급 수준에서 접근됩니다.
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슈뢰딩거 원자 모델의 실험적 기초
에르빈 슈뢰딩거의 연구 이전에 중요한 발전이 있었습니다. 문제에 대한 이해 20세기 초. 이러한 실험은 원자 규모에 가깝거나 그 이하인 입자의 거동에 대한 해석을 제공하는 양자 역학으로 알려진 이론적 지식 분야를 시작했습니다. 이 특정 우주에서 뉴턴 물리학이라고도 하는 고전 물리학의 법칙은 종종 적용되지 않거나 특정 동작을 설명하기에 충분하지 않습니다.
아이디어를 얻으려면 양자 역학이 자외선 재앙으로 알려진 주제로 시작한다고 말할 수 있습니다. 고전 물리학에 따르면, 온도가 0이 아닌 흑체(뜨거운 물체)는 감마선과 X선 외에도 강한 자외선을 방출합니다.
이것은 36-37 °C의 온도를 가진 우리 인간이 어둠 속에서 빛날 것이라는 것을 의미합니다(백열의 결과). 말할 필요도 없이 이것은 완전한 넌센스입니다. 만일 그렇다면 어둠이 없을 것이기 때문입니다.
이러한 맥락에서, 1900년에 막스 플랑크는 다음과 같은 개념을 만들었습니다. 얼마나 많이, 물질과 방사선 사이의 에너지 교환을 설명하기 위해 "에너지 패킷"으로 번역되었습니다. 그의 해석에 따르면, 저온에 있는 신체(우리와 같은)는 고주파 자외선 복사를 방출할 에너지가 충분하지 않습니다.
따라서 신체는 필요한 최소한의 에너지를 얻을 때만 고주파 자외선을 방출할 수 있습니다. 이 상태에서 물질과 주변 환경 간의 에너지 교환은 복사 에너지 패킷을 통해 발생합니다.
에너지 패킷은 또한 고전 물리학과 관련하여 차이를 가져옵니다. 에너지 패킷에 대해 이야기할 때 양자화된 에너지를 의미합니다., 즉 구체적이며 한계가 부과됩니다. 뉴턴 물리학에서 두 물체 사이에 교환되는 에너지의 양에는 제한이 없습니다.
광전 효과
플랑크가 제안한 이론에 견고성을 부여하려면 더 많은 증거가 필요했습니다. 이와 관련하여 광전 효과가 나타났습니다., 표면에 자외선을 조사하여 금속에서 전자를 방출하는 현상을 다룹니다.
이 이론의 관찰에 따르면 방사선이 각 금속에 특정한 특정 값의 주파수에 도달할 때까지 전자가 방출되지 않습니다. 이 주파수에 도달하면 전자는 즉시 방출되며, 입사 방사선의 주파수가 강할수록 방출되는 전자의 속도가 빨라집니다.
ㅏ 광전 효과에 대한 설명은 Albert Einstein이 제공했습니다.. 아인슈타인에 따르면 전자 방출에 사용되는 전자기 복사(예를 들어 빛은 전자기 복사)는 광자로 알려진 입자, 또한 각 광자는 에너지 패킷으로 해석될 수 있습니다. 플랑크의 연구를 바탕으로 자외선 광자가 가시광선 광자보다 에너지가 더 높다는 결론을 내릴 수 있었습니다.
금속 표면과 충돌할 때 광자(전자기 복사의 구성 요소)는 그곳에 존재하는 전자와 에너지를 교환합니다. 전자가 광자와 충돌하여 흡수한 에너지가 충분히 크면 방출됩니다. 광전 효과에 대해 자세히 알아보려면 여기.
파동 입자 이중성
광전 효과는 전자기 복사가 입자(광자)로 구성되어 있다는 강력한 기반을 제공했습니다. 그러나 다른 많은 실험에서는 전자기 복사가 파동처럼 행동한다는 것을 보여주었습니다. 이 실험 중에서 가장 눈에 띄는 것은 회절이었습니다. 파동이 장애물을 만났을 때 관찰되는 물리적 현상입니다. 장애물을 극복하는 파도의 능력.
영형 빛의 파동 특성은 1801년부터 알려졌습니다., 영국의 물리학자 Thomas Young이 슬릿이 있는 장벽에 빛을 비추었을 때. 이 슬릿을 통과하면 빛이 회절됩니다. 빛이 통과하는 것을 포함하여 각 슬릿에서 회절하더라도 새로운 회절을 겪습니다.
이와 같이, 전자파에 대한 새로운 행동을 수용할 필요가 있었습니다.: 파동-입자 이중성. 거기에서 프랑스 과학자 Louis de Broglie는 이 개념을 확장하여 모든 입자가 파동 행동을 하는 것으로 이해되어야 한다고 제안했습니다.
de Broglie 가설은 미국 과학자 Clinton Davisson과 Lester가 1925년에 힘을 얻었습니다. Germer는 전자빔이 다음과 같은 단결정을 통과할 때 회절을 겪을 수 있음을 증명했습니다. 니켈.
이러한 인식은 분자와 같은 더 무거운 입자도 회절을 겪을 수 있고 따라서 파동과 같은 행동을 나타낼 수 있다는 결론에 도달하는 데 필수적이었습니다. 파동-입자 이중성에 대해 자세히 알아보려면 여기.
불확정성 원리
고전 물리학에서는 입자의 경로를 쉽게 결정할 수 있습니다. 그러나 입자가 파동처럼 행동하는 양자 세계에서는 입자의 궤적이 더 이상 정확하지 않습니다. 이것은 파도의 위치에 대해 이야기하는 것은 의미가 없습니다.
예를 들어, 기타에서 현을 뽑으면 파동이 전체 길이로 퍼집니다. 입자가 이와 동일한 동작을 하는 경우 해당 위치를 정확하게 정의할 방법이 없습니다. 선형 운동량을 알고 (질량과 속도를 혼합한 양).
따라서 이중 특성을 가진 전자는 많은 사람들이 생각하는 것처럼 원자핵 주위에 정의된 궤도/경로를 가지고 있지 않습니다. ㅏ그런 다음 이중성은 입자의 정확한 위치에 대한 불확실성을 만듭니다.
위치 정의의 이러한 불확실성은 매우 무거운 물체에 대해서는 무시할 수 있지만 원자 크기 또는 아원자, 즉 입자가 특정 장소, 특정 순간에 있다는 것을 안다면 다음에는 더 이상 어디에 있을지 알 수 없습니다. 즉각적인.
이 딜레마에서 불확정성 원리가 생겨났습니다.1927년 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크가 설립한 이 원리에 따르면 오차 한계 없이 입자의 위치와 선형 운동량을 알 수 없습니다. 즉, 한 속성을 알면 다른 속성은 알 수 없습니다. 불확정성 원리에 대해 자세히 알아보려면 다음을 클릭하십시오. 여기.
슈뢰딩거 원자모형의 특징
입자의 이중 특성으로 인해 더 이상 특정 궤적을 정의할 수 없었기 때문에 1927년 오스트리아 과학자 Erwin은 슈뢰딩거는 이 정확한 궤적을 파동 함수로 대체했습니다., 그리스 문자 psi(ψ)로 표시되며 이 함수의 값은 위치에 따라 달라집니다. 파동 함수의 예는 다음의 사인 함수입니다. 엑스.
그런 다음 과학자 Max Born은 파동 함수에 대한 물리적 해석을 만들었습니다. 함수 ψ의 제곱, 즉 ψ²는 입자를 발견할 확률에 비례합니다. 지역. 따라서 ψ²는 어떤 영역에서 입자를 찾을 확률 밀도로 이해됩니다. 확률 밀도이므로 ψ²의 값에 부피를 곱해야 진정한 확률을 얻을 수 있습니다.
파동 함수를 계산하기 위해 슈뢰딩거는 방정식을 개발했습니다., 다음과 같이 단순화:
Hψ = Eψ
Hψ는 "psi hamiltonian"으로 읽어야 하며 파동 함수의 곡률을 설명합니다. Hamiltonian은 더하기, 빼기, 로그 등과 같은 수학 연산자입니다. 오른쪽은 해당 에너지를 제공합니다.
이 방정식의 해는 다음과 같은 중요한 결론을 가져옵니다. 입자는 불연속 에너지만 가질 수 있습니다.s, 즉 잘 결정된 에너지 또는 양자화되었으며 어떤 값도 아닙니다. 이러한 특정 에너지 값을 에너지 수준이라고 합니다. 이것은 공간의 특정 영역에 맞아야 하는 파동 함수의 부과입니다. 고전 역학에서 물체는 총 에너지 값을 가질 수 있습니다.
이와 같이, 전자는 에너지를 가질 수 없다, 그러나 잘 정의된 에너지 수준. 파동 함수는 공간 영역에 맞아야 하므로 전자는 원자 안에 갇혀 있다 핵에 대해 가지고 있는 인력을 통해.
슈뢰딩거 방정식을 적절히 풀면 원자의 에너지 준위를 계산할 수 있습니다. 이 경우 분해능이 원자의 각 준위 에너지가 N, 이는 에너지 레벨이 특정 값을 갖는다는 생각을 확증합니다.
따라서 양수 값을 할당 N (1, 2, 3...) 원자 준위의 에너지를 계산할 수 있습니다. 매개변수 N 원자에 허용된 각 원자 수준에 연결되기 때문에 이제 주요 양자 번호라고 합니다.
로 전자 파동 함수는 원자 궤도라고합니다, 슈뢰딩거 방정식을 풀면 수학적 표현도 얻습니다. 원자 오비탈은 원자 내 전자의 분포, 즉 원자 내 전자의 존재 확률 영역을 나타냅니다. 원자 궤도는 다른 모양과 에너지를 가질 수 있으며 슈뢰딩거 방정식으로도 얻을 수 있습니다.
모든 에너지 수준 N (기억하면서 N 1, 2, 3...일 수 있음), N 하위 수준. 각 하위 수준에는 다양한 모양의 궤도가 있습니다. 다른 오비탈에는 제한이 없지만 지금까지 알려진 원자로는 화학자들이 문자로 식별되는 4개만 사용합니다. 에스, 피, 디 그것은 에프.
예를 들어 수준에서 N = 1, 하위 수준이 하나뿐이므로 오비탈만 있음 에스. 이제 레벨을 위해 N = 2, 두 개의 하위 수준이 있으며 오비탈이 존재합니다. 에스 그것은 피.
다른 원자 모델과 관련된 슈뢰딩거 원자 모델의 발전
말한 바와 같이, 슈뢰딩거는 반드시 모델을 제시한 것이 아니라 수학적 해석을 제시했습니다. 입자의 성질에 관한 관찰된 현상에 대해. 따라서 슈뢰딩거 방정식 자체의 분해능과 해석을 위해서는 고급 수학적 지식이 필요하기 때문에 해석이 복잡해집니다.
그러나, 그 슈뢰딩거의 연구는 원자와 전자의 에너지를 정당화하는 데 큰 견고성을 가져왔습니다. 선물. 예를 들어, 슈뢰딩거 방정식의 분해능은 수소 원자 및 기타 수소 원자(전자가 1개만 있는 원자)에 대한 보어의 원자 모델을 확인합니다. 슈뢰딩거처럼 보어도 수소 원자의 허용 가능한 에너지 수준에 도달했습니다.
그러나 보어의 원자 모델은 전자가 1개 이상인 원자의 전자 수준에 도달할 수 없으므로 주요 약점을 보여줍니다. 두 개의 전자가 존재하는 경우, 슈뢰딩거가 제안한 수학적 이해에 추가할 수 있는 매개변수인 전자 사이의 전자적 반발력을 고려할 필요가 있습니다.
슈뢰딩거 연구의 또 다른 중요한 점은 입자의 이중성과 전자의 정확한 궤적과 같은 양자 개념의 적응입니다. 원자 궤도의 정의는 다음을 이해하는 데 매우 중요합니다. 모든 원자의 구조. ㅏ 확률 밀도(ψ²)는 전자가 원자 궤도를 차지하는 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다. 다 전자 원자에서 전자의 에너지에 대한보다 구체적인 정보를 제공합니다.
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