Ö Schrödinger'in atom modeli belirtmek için kullanılan yaygın bir biçimdir. atomun tanımı Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından 1927'de önerilen Schrödinger denklemini çözerek. Denklem, kuantum mekaniğinde elde edilen önemli gözlemlere dayanarak tasarlandı ve atomun ve elektronun enerjisi için sağlam bir gerekçe getirdi.
Schrödinger tarafından tasarlanan atom, 20. yüzyılın başında icat edilen diğer kavramların yanı sıra dalga-parçacık ikiliğine, belirsizlik ilkesine dayanmaktadır. Bohr'un önerdiği atom modeliyle mümkün olmayan, polielektronik atomların daha sağlam bir şekilde anlaşılmasının yolunu açtığı için maddenin anlaşılmasına büyük ilerlemeler getirdi.
sen de oku: Atomik modeller - atomun yapısını açıklamak için önerilen modeller
Bu makalenin konuları
- 1 - Schrödinger'in atom modelinin özeti
- 2 - Schrödinger'in atom modeli nedir?
-
3 - Schrödinger'in atom modeli için deneysel temel
- fotoelektrik etki
- dalga-parçacık ikiliği
- belirsizlik ilkesi
- 4 - Schrödinger atom modelinin özellikleri
- 5 - Schrödinger'in atom modelinin diğer atom modellerine göre ilerlemeleri
Schrödinger'in atom modeli hakkında özet
Schrödinger'in atom modeli aslında atomun ve elektronların Schrödinger denklemi aracılığıyla tanımlanmasıdır.
Schrödinger denklemi, kuantum mekaniği alanındaki önemli çalışmalar sonucunda geliştirilmiştir.
Diğer teorilerin yanı sıra dalga-parçacık ikiliği, belirsizlik ilkesi, Schrödinger denkleminin oluşturulması için gerekliydi.
Schrödinger denklemini çözerek, elektronun yanı sıra atomun enerjisini de tanımlamak mümkündür.
Schrödinger denkleminin yorumuna dayanarak, elektronların sahip olmadığı görülebilir. atomun etrafında belirli bir yörünge değil, atomun etrafında var olma olasılığı olan bir bölge. ondan.
Schrödinger'in çalışmaları, Bohr tarafından önerilen atomun anlaşılması, polielektronik atomların davranışının anlaşılmasına izin verdikleri için.
Schrödinger'in atom modeli nedir?
Schrödinger atom modeli, atomların ortak adıdır. kuantum mekaniğine dayalı bir atom modelinin tanımı. Bu modelin ana özelliği, elektronlar tarafından benimsenen dalga-parçacık ikiliğinin matematiksel yorumudur. Spesifik olarak, elektronun iyi tanımlanmış bir yörüngesinin, elektronun yörünge çevresinde var olma olasılığı ile değiştirilmesi. çekirdek.
Böyle bir yorum, önemli gelişmelerden sonra 1927'de Avusturyalı bilim adamı Erwin Schrödinger'in çalışmasıyla başladı. fotoelektrik etki, belirsizlik ilkesi ve dualite gibi kuantum mekaniği alanındaki maddeyi anlamada dalga-parçacık
Schrödinger'in atom modelinin anlaşılması önemsiz değildir, Kimya çalışmasının daha ileri seviyelerinde yaklaşılmaktadır.
Şimdi durma... Tanıtımdan sonra devamı var ;)
Schrödinger'in atom modeli için deneysel temel
Erwin Schrödinger'in çalışmalarından önce, bilimde önemli gelişmeler oldu. maddenin anlaşılması 20. yüzyılın başında. Bu tür deneyler, atom ölçeğine yakın veya altındaki parçacıkların davranışları hakkında yorumlar getiren kuantum mekaniği olarak bilinen teorik bilgi alanını başlattı. Bu özel evrende, Newton fiziği olarak da bilinen klasik fizik yasaları çoğu zaman geçerli değildir veya belirli davranışları açıklamak için yeterli değildir.
Bir fikir edinmek için, kuantum mekaniğinin ultraviyole felaketi olarak bilinen bir konu ile başladığını söyleyebiliriz. Klasik fiziğe göre, sıcaklığı sıfırdan farklı olan siyah bir cisim (sıcak cisim), gama radyasyonu ve X-ışınlarına ek olarak yoğun ultraviyole radyasyon yayar.
Bu, biz insanların, 36-37 °C sıcaklığımızla karanlıkta parlayacağımız anlamına gelir (akkorlaşmanın sonucu). Söylemeye gerek yok, bu tamamen saçmalık, çünkü öyle olsaydı karanlık olmazdı.
Bu içerikte, 1900 yılında Max Planck kavramını yarattı. Ne kadar, madde ve radyasyon arasındaki enerji alışverişini açıklamak için “enerji paketleri” olarak tercüme edilmiştir. Onun yorumuna göre, düşük sıcaklıklardaki bir cisim (bizim gibi) yüksek frekanslı ultraviyole radyasyon yaymak için yeterli enerjiye sahip değildir.
Bu nedenle, bir vücut yalnızca gerekli minimum enerjiyi elde ettiğinde yüksek frekanslı ultraviyole radyasyon yayabilir. Bu durumda, madde ve çevre arasındaki enerji alışverişi, radyasyon enerjisi paketleri aracılığıyla gerçekleşir.
Enerji paketleri de klasik fiziğe göre bir farklılık getiriyor. Enerji paketlerinden bahsederken, kuantize edilmiş enerjiyi ifade eder., yani belirlidir, bir sınır dayatması vardır. Newton fiziğinde, iki nesne arasında değiş tokuş edilen enerji miktarının herhangi bir kısıtlaması yoktur.
fotoelektrik etki
Planck tarafından önerilen teorilere sağlamlık kazandırmak için daha fazla kanıta ihtiyaç vardı. Bu bağlamda fotoelektrik etki ortaya çıktı., yüzeyinde ultraviyole radyasyon insidansı yoluyla bir metalden elektronların fırlatılmasıyla ilgilenir.
Bu teorinin gözlemlerine göre, radyasyon her metale özgü belirli bir frekansa ulaşana kadar hiçbir elektron fırlatılmaz. Bu frekansa ulaşıldığında, elektronlar hemen fırlatılır ve gelen radyasyonun frekansı ne kadar yoğun olursa, fırlatılan elektron o kadar hızlı olur.
A Fotoelektrik etkinin açıklaması Albert Einstein tarafından yapılmıştır.. Einstein'a göre, elektronların fırlatılması için kullanılan elektromanyetik radyasyon (örneğin ışık, elektromanyetik radyasyondur) şunlardan oluşuyordu: foton olarak bilinen parçacıklarve dahası, her foton bir enerji paketi olarak yorumlanabilir. Planck'ın çalışmalarına dayanarak, ultraviyole radyasyon fotonlarının görünür ışık fotonlarından daha enerjik olduğu sonucuna varmak mümkündü.
Fotonlar (elektromanyetik radyasyonun bileşenleri) metalin yüzeyiyle çarpıştığında orada bulunan elektronlarla enerji alışverişi yapar. Elektronun fotonlarla çarpışmasından emdiği enerji yeterince büyükse, o zaman dışarı atılacaktır. Fotoelektrik etki hakkında daha fazla bilgi edinmek için tıklayın Burada.
dalga-parçacık ikiliği
Fotoelektrik etki, elektromanyetik radyasyonun parçacıklardan (fotonlardan) oluştuğuna dair güçlü bir temel oluşturdu. Bununla birlikte, diğer birçok deney, elektromanyetik radyasyonun bir dalga gibi davrandığını gösterdi. Bu deneyler arasında en çarpıcı olanı kırınımdı - bir dalga bir engelle karşılaştığında gözlemlenen fiziksel olgu ya da başka bir yorumla, dalgaların engelleri aşma yeteneği.
Ö Işığın dalga karakteri 1801'den beri bilinmektedir., İngiliz fizikçi Thomas Young yarıklı bir bariyere ışık tuttuğunda. Işık bu yarıktan geçerken kırınıma uğrar. Işığın kırıldığı da dahil olmak üzere her yarıkta yeni bir kırınıma uğrar.
Bunun gibi, elektromanyetik radyasyon için yeni bir davranışı kabul etmek gerekliydi.: dalga-parçacık ikiliği. Oradan, Fransız bilim adamı Louis de Broglie bu kavramı genişletti ve tüm parçacıkların aynı zamanda dalga davranışına sahip olarak anlaşılması gerektiğini öne sürdü.
De Broglie hipotezi, 1925'te Amerikalı bilim adamları Clinton Davisson ve Lester Germer, bir elektron demetinin tek bir kristalden geçerken kırınıma uğrayabileceğini kanıtladı. nikel.
Bu algı, moleküller gibi daha ağır parçacıkların da kırınıma uğrayabileceği ve dolayısıyla dalga benzeri davranış sergileyebileceği sonucuna varmak için gerekliydi. Dalga-parçacık ikiliği hakkında daha fazla bilgi edinmek için tıklayın Burada.
belirsizlik ilkesi
Klasik fizikte bir parçacığın yörüngesini belirlemek sizin için kolaydır. Bununla birlikte, parçacıkların da dalga gibi davrandığı kuantum dünyasında yörüngeleri artık o kadar kesin değil. Bu çünkü Bir dalganın konumu hakkında konuşmak anlamsızdır..
Örneğin bir gitarda bir teli çektiğinizde dalga tüm uzunluğu boyunca yayılır. Bir parçacık aynı davranışa sahipse, konumunu tam olarak tanımlamanın hiçbir yolu yoktur. doğrusal momentumunu bilmek (kütle ve hızı karıştıran miktar).
Dolayısıyla ikili karaktere de sahip olan elektronun, sanıldığı gibi atom çekirdeği etrafında belirli bir yörüngesi/yolu yoktur. Adualite daha sonra parçacığın tam konumu hakkında belirsizlik yaratır.
Konum tanımındaki bu belirsizlik, çok ağır cisimler için önemsizdir, ancak atomik boyuttaki cisimler için tamamen önemlidir. atomaltı, yani parçacığın belli bir yerde, belli bir anda olduğunu bilirseniz, bir sonraki adımda nerede olacağını artık bilemezsiniz. ani.
Bu ikilemden belirsizlik ilkesi ortaya çıktı.1927 yılında Alman fizikçi Werner Heisenberg tarafından kurulmuştur. Bu ilkeye göre, bir parçacığın konumunu ve doğrusal momentumunu hata payı olmadan bilmek mümkün değildir, yani bir özellik biliniyorsa diğeri bilinmemektedir. Belirsizlik ilkesi hakkında daha fazla bilgi edinmek için tıklayın Burada.
Schrödinger'in atom modelinin özellikleri
Parçacığın ikili karakterinden dolayı, onun için belirli bir yörünge tanımlamak artık mümkün olmadığından, 1927'de Avusturyalı bilim adamı Erwin Schrödinger bu kesin yörüngeyi bir dalga fonksiyonuyla değiştirdi, Yunanca psi (ψ) harfi ile temsil edilir ve bu fonksiyonun değerleri konuma göre değişir. Dalga fonksiyonuna bir örnek, sinüs fonksiyonudur. X.
Bilim adamı Max Born daha sonra dalga fonksiyonu için fiziksel bir yorum yaptı ve şunu belirtti: ψ fonksiyonunun karesi, yani ψ², bir parçacık içinde bir parçacık bulma olasılığı ile orantılı olacaktır. bölge. Böylece ψ², bir parçacığın bir bölgede bulunmasının olasılık yoğunluğu olarak anlaşılmaktadır. Bir olasılık yoğunluğu olduğundan, gerçek olasılığı elde etmek için ψ² değerinin hacim ile çarpılması gerekir.
Dalga fonksiyonunu hesaplamak için Schrödinger bir denklem geliştirdi, aşağıdaki gibi basitleştirilmiş:
Hψ = Eψ
Hψ “psi hamiltonian” olarak okunmalıdır ve dalga fonksiyonunun eğriliğini tanımlar. Hamiltonian, tıpkı artı, eksi, log vb. gibi matematiksel bir operatördür. Sağ taraf bize karşılık gelen enerjiyi getirir.
Bu denklemin çözümü bize önemli bir sonuç getiriyor: parçacıklar yalnızca ayrık enerjilere sahip olabilirs, yani, iyi belirlenmiş enerjiler veya nicelenmiş ve herhangi bir değer değil. Bu spesifik enerji değerleri, enerji seviyeleri olarak bilinir. Bu, uzayın belirli bir bölgesine sığması gerektiğinden, dalga fonksiyonunun bir dayatmasıdır. Klasik mekanikte, bir nesne herhangi bir toplam enerji değerine sahip olabilir.
Bunun gibi, bir elektron herhangi bir enerjiye sahip olamaz, ancak iyi tanımlanmış enerji seviyeleri. Dalga fonksiyonunun uzayın bir bölgesine uyması gerektiğinden, elektron bir atomun içinde hapsolmuştur çekirdek için sahip olduğu çekim kuvvetleri aracılığıyla.
Bir atomun enerji seviyeleri, Schrödinger denklemini uygun şekilde çözerek hesaplanabilir. Bu durumda, çözünürlüğün, atomdaki her seviyenin enerjisinin adı verilen bir tamsayıya bağlı olduğunu gösteren yeni bir denkleme ulaştığı fark edilir. NBu, enerji seviyelerinin belirli değerlere sahip olduğu fikrini doğrular.
Böylece, pozitif değerler atamak N (1, 2, 3...), atomik seviyelerin enerjisini hesaplamak mümkündür. parametre N artık bir atom için izin verilen her bir atomik seviyeye bağlı olduğu için temel kuantum sayısı olarak adlandırılır.
için elektron dalga fonksiyonlarına atomik orbitaller denirmatematiksel ifadeleri de Schrödinger denklemini çözerek elde edilir. Bir atomik orbital, elektronun bir atomdaki dağılımını, yani bir atomda bir elektronun bulunma olasılık bölgesini gösterir. Atomik orbitaller, Schrödinger denklemiyle de elde edilen farklı şekillere ve enerjilere sahip olabilir.
Her enerji seviyesi için N (Bunu hatırlamak N 1, 2, 3 olabilir...), vardır N alt seviyeler. Her alt seviyede, farklı şekillerde yörüngeler vardır. Farklı orbitallerin bir sınırı yoktur, ancak şimdiye kadar bilinen atomlarla kimyagerler, harflerle tanımlanan bunlardan yalnızca dördünü kullanır. S, P, D Bu F.
Yani, örneğin, seviyede N = 1, yalnızca bir alt düzey vardır, bu nedenle yalnızca yörünge vardır S. Şimdi seviye için N = 2, iki alt seviye vardır, orbitaller mevcuttur S Bu P.
Schrödinger'in atom modelinin diğer atom modellerine göre ilerlemeleri
Söylendiği gibi, Schrödinger mutlaka bir model değil, matematiksel bir yorum sunmuştur. parçacıkların doğasıyla ilgili gözlenen fenomenler için. Bu nedenle, Schrödinger denkleminin kendisinin çözülmesi ve hatta yorumlanması için ileri düzeyde matematiksel bilgiye ihtiyacı olduğundan, yorumu karmaşık hale gelir.
Ancak Schrödinger'in çalışmaları, atomların ve elektronların enerjisini haklı çıkarmak için büyük bir sağlamlık getirdi. Hediyeler. Örneğin, Schrödinger denkleminin çözünürlüğü, Bohr'un hidrojen atomu ve diğer hidrojenoid atomları (yalnızca 1 elektrona sahip olanlar) için atomik modelini doğrular. Schrödinger gibi Bohr da hidrojen atomu için izin verilen enerji seviyelerine ulaştı.
Ancak Bohr'un atom modeli, 1'den fazla elektrona sahip atomlar için elektronik seviyelere ulaşamıyor ve bu nedenle temel zayıflığını gösteriyor. İki elektron mevcut olduğunda, Schrödinger'in önerdiği matematiksel anlayışa eklenebilecek bir parametre olan aralarındaki elektronik itmeyi dikkate almak gerekir.
Schrödinger'in çalışmalarının bir diğer önemli noktası, parçacığın ikiliği gibi kuantum kavramlarının yanı sıra bir elektron için kesin bir yörüngenin uyarlanmasıdır. Atomik orbitalin tanımı, atomun yapısını anlamak için çok önemlidir. tüm atomların yapısı. A olasılık yoğunluğu (ψ²), elektronların atomik orbitalleri nasıl işgal ettiğini anlamamıza yardımcı olur polielektronik atomlarda, elektronun enerjisi hakkında daha spesifik bilgiler getirir.
kaydeden Stefano Araujo Novais
Kimya hocası
Atomun yapısı ve ana bileşen parçacıkları hakkında daha fazla bilgi edinin: protonlar, nötronlar ve elektronlar.
Tarihte atom modelinin evrimini bilir.
Tıklayın ve Rutherford'un atom modelinin ana özelliklerini ve formüle edilmesini sağlayan deneyi öğrenin.
Thomson'ın atom modelinin temel özelliklerinin, problemlerinin neler olduğunu ve hangi yönlerden önerildiğini öğrenin!
Girin ve hidrojen atomunu başarıyla tanımlayan varsayımlara dayalı bir atomik model olan Bohr atomuyla tanışın.
