Основные положения квантовой механики

Основные положения квантовой механики

 

Современная теория строения атомов и молекул основана на законах квантовой механики, описывающих свойства материи и законы ее движения в силовых полях на уровне микрообъектов и микроявлений.

 

Три основополагающие идеи квантовой механики, отличающие её от классической механики:

      - дискретность или квантование энергии,

      - корпускулярно-волновой дуализм или двойственная природа электрона,

      - вероятностный характер законов микромира.

 

Общими для квантовой и классической механик являются законы  сохранения энергии, массы, заряда и импульса.

 

 

 

Постулаты Н. Бора

 

В 1913 г. Н. Бор предложил первую квантовую теорию строения атома. Эта теория основана на следующих постулатах:

1. Электроны в атоме вращаются не по произвольным, а по строго определенным орбитам, находясь на которых он не излучает и не поглощает энергии.
2. Переход электрона из одного стационарного состояния (Е2) в другое (Е1) сопровождается испусканием кванта излучения:

DЕ = Е2 – Е1 = hn

 

 

 

 

Двойственная природа излучения

 

В основе современной теории строения лежит представление о двойственной природе микрообъектов – они могут проявлять себя как частицы и  как волны, обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами.

Впервые двойственная корпускулярно-волновая природа была установлена  для света.

                Интерференция, дифракция 

Двойственная природа излучения                                      (волновые свойства)

    Явление фотоэффекта

                (корпускулярные свойства)                                           

 

Приравнивая энергию фотона hn к полному запасу его энергии mc2 и принимая во внимание, что n = c/l, получим уравнение, описывающее одновременно волновые и корпускулярные свойства   фотонов:

Согласно этому уравнению, фотону, имеющему массу m и движуще-муся со скоростью c, соответствует волна длиной l.

 

Уравнение де Бройля

 

Луи де Бройль (1924 г.) показал, что все микрочастицы (в том числе и электрон) обладают двойственной корпускулярно-волновой природой. Движение любой микрочастицы представляет собой волновой процесс, описываемый следующим соотношением (уравнением де Бройля):

,

где m – масса частицы, г;

      u - скорость частицы, м/с.

Волны, соответствующие движущимся частицам, получили название волн де Бройля.

В 1927 г. гипотеза Луи де Бройля, приписывающая электрону волновые свойства, была подтверждена экспериментами американских физиков Девиссона и Джермера. Они обнаружили, что при столкновении пучка медленных электронов с кристаллическим телом (кристаллической решёткой) наблюдается явление дифракции, аналогичное явлению дифракции рентгеновских лучей.

 

 

Луи де Бройль (1892-1987) – французский физик, один из основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии.

http://www.samfact.com/fiziki 

 

 

 

Двойственная природа электрона

 

                                    Корпускулярные свойства: имеет массу, импульс и др.

 

      Электрон

                                   

                                 Волновые свойства: интерференция, дифракция  и др.

                                                                           lē » 10-7 см

Из уравнения де Бройля следует, что электрон, находящийся в состоянии покоя (u = 0), имеет значение l = ¥. Чем меньше скорость движения электрона в атоме, тем больше величина длины волны де Бройля и тем ближе электрон по свойствам к частице. Чем больше значение скорости, тем характернее для электрона волновые свойства.

У макрообъектов, обладающих сравнительно большой массой, волновые свойства не поддаются измерению. Так, при массе дробинки в 1 г, летящей  со  скоростью  1000 м/с,  длина  волны  де Бройля равна около 7 × 10-12 пм. Это значение l мало даже по сравнению с размерами ядер атомов (0,001 пм). Построить прибор, позволяющий измерить такое значение длины волны, невозможно, а следовательно, невозможно обнаружить волновую природу макрообъектов.

 

 

 

Электронное облако

 

В качестве модели состояния электрона в атоме в квантовой механике принято представление об электронном облаке, плотность соответствующих участков которого пропорциональна вероятности нахождения там электрона.

 

                                                                       

 

 

 

             Электронное облако 

 

 

 

                        

Чем прочнее связан электрон с ядром, тем электронное облако меньше по размерам и более плотно по распределению заряда.

Пространство вокруг ядра атома, в котором наиболее вероятно (не менее 90 %)  пребывание электрона, называют атомной орбиталью.