Model atomowy Schrödingera: charakterystyka, postulaty

Model atomowy Schrödingera został opracowany przez Erwina Schrödingera w 1926 r. Ta propozycja jest znana jako kwantowo-mechaniczny model atomu i opisuje undulacyjne zachowanie elektronu.

W tym celu wybitny austriacki fizyk opierał się na hipotezie Broglie, który stwierdził, że każda cząstka w ruchu jest związana z falą i może zachowywać się jako taka.

Schrödinger zasugerował, że ruch elektronów w atomie odpowiadał dualizmowi falowo-cząsteczkowemu, aw konsekwencji elektrony mogły być mobilizowane wokół jądra jako fale stojące.

Schrödinger, który otrzymał nagrodę Nobla w 1933 r. Za swój wkład w teorię atomową, opracował równanie homonimiczne, aby obliczyć prawdopodobieństwo, że elektron znajduje się w określonej pozycji.

Charakterystyka modelu atomowego Schrödingera

- Opisuje ruch elektronów jako fale stojące.

- Elektrony poruszają się stale, to znaczy nie mają ustalonej lub zdefiniowanej pozycji w atomie.

-Ten model nie przewiduje położenia elektronu, ani nie opisuje drogi, jaką tworzy w atomie. Ustanawia tylko strefę prawdopodobieństwa do zlokalizowania elektronu.

- Te obszary prawdopodobieństwa nazywane są orbitale atomowe. Orbitale opisują ruch translacji wokół jądra atomu.

-Te orbitale atomowe mają różne poziomy i podpoziomy energii i mogą być definiowane między chmurami elektronów.

- Model nie uwzględnia stabilności jądra, odnosi się jedynie do wyjaśnienia mechaniki kwantowej związanej z ruchem elektronów w atomie.

Eksperymentuj

Model atomowy Schrödingera opiera się na hipotezie Brogliego i poprzednich modelach atomowych Bohra i Sommerfelda.

W tym celu Schrödinger oparł się na eksperymencie Younga i na podstawie własnych obserwacji opracował wyrażenie matematyczne, które nosi jego imię.

Podążając za podstawami naukowymi tego modelu atomowego:

Eksperyment Younga: pierwsza demonstracja dualności falowo-cząstkowej

Hipoteza Broglie'a o nieulegającej krypcji i korpuskularnej naturze materii może zostać zademonstrowana przez Young Experiment, znany również jako eksperyment z podwójną szczeliną.

Angielski naukowiec Thomas Young położył fundamenty pod model atomowy Schrödingera, gdy w 1801 roku przeprowadził eksperyment w celu zweryfikowania falowej natury światła.

Podczas eksperymentów Young podzielił emisję wiązki światła przechodzącej przez mały otwór przez komorę obserwacyjną. Podział ten uzyskuje się dzięki zastosowaniu karty 0, 2 milimetra, umieszczonej równolegle do belki.

Projekt eksperymentu został wykonany w taki sposób, aby wiązka światła była szersza niż karta, a więc podczas umieszczania karty poziomo wiązka została podzielona na dwie w przybliżeniu równe części. Wydajność wiązek światła była kierowana przez lustro.

Obie wiązki światła uderzają w ścianę w ciemnym pokoju. Widoczny był tam wzór interferencji między obiema falami, za pomocą którego wykazano, że światło może zachowywać się tak samo jak cząstka jako fala.

Sto lat później Albert Einsten wzmocnił ten pomysł poprzez zasady mechaniki kwantowej.

Równanie Schrödingera

Schrödinger opracował dwa modele matematyczne, rozróżniając to, co dzieje się w zależności od tego, czy stan kwantowy zmienia się w czasie, czy nie.

Dla analizy atomowej Schrödinger opublikowany pod koniec 1926 r. Równanie Schrödingera niezależnie od czasu, który opiera się na funkcjach falowych, zachowuje się jak fale stojące.

Oznacza to, że fala nie porusza się, jej węzły, czyli jej punkty równowagi, służą jako oś dla pozostałej części struktury do poruszania się wokół nich, opisując pewną częstotliwość i amplitudę.

Schrödinger zdefiniował fale, które opisują elektrony jako stacje stacjonarne lub orbitalne, i są z kolei powiązane z różnymi poziomami energii.

Równanie Schrödingera niezależnie od czasu wygląda następująco:

Gdzie:

E : stała proporcjonalności.

Ψ : funkcja falowa układu kwantowego.

Η: Operator Hamiltona.

Niezależne od czasu równanie Schrödingera jest stosowane, gdy obserwowalna reprezentująca całkowitą energię systemu, znana jako operator Hamiltona, nie zależy od czasu. Jednak funkcja opisująca całkowity ruch falowy zawsze zależy od czasu.

Równanie Schrödingera wskazuje, że jeśli mamy funkcję falową Ψ i działa na nią operator hamiltonowski, stała proporcjonalności E reprezentuje całkowitą energię układu kwantowego w jednym ze stanów stacjonarnych.

Stosowany do modelu atomowego Schrödingera, jeśli elektron porusza się w określonej przestrzeni, istnieją dyskretne wartości energii, a jeśli elektron porusza się swobodnie w przestrzeni, istnieją ciągłe przedziały energii.

Z matematycznego punktu widzenia istnieje kilka rozwiązań dla równania Schrödingera, każde rozwiązanie implikuje inną wartość stałej proporcjonalności E.

Zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga nie jest możliwe oszacowanie położenia lub energii elektronu. W konsekwencji naukowcy uznają, że oszacowanie lokalizacji elektronu w atomie jest niedokładne.

Postulaty

Postulaty modelu atomowego Schrödingera są następujące:

- Elektrony zachowują się jak fale stojące, które są rozmieszczone w przestrzeni zgodnie z funkcją falową Ψ.

-Elektrony poruszają się wewnątrz atomu, opisując orbitale. Są to obszary, w których prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest znacznie wyższe. Odnośne prawdopodobieństwo jest proporcjonalne do kwadratu funkcji falowej Ψ2.

Konfiguracja elektronowa modelu atomowego Schrödinguera wyjaśnia okresowe właściwości atomów i tworzonych przez nie wiązań.

Jednakże model atomowy Schrödingera nie rozważa spinów elektronów, ani też nie uwzględnia zmian w szybkim zachowaniu elektronów z powodu efektów relatywistycznych.