2. 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:
Е = Е2 – Е1 = h
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 h к полному запасу его энергии mc2 и
принимая во внимание, что  = c/, получим уравнение, описывающее
одновременно волновые и корпускулярные свойства фотонов:

h
mc
Согласно этому уравнению, фотону, имеющему массу m и движущемуся со скоростью c, соответствует волна длиной .
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):
 
h
m ,
где m – масса частицы, г;
 - 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
решёткой)
наблюдается
с
кристаллическим
явление
телом
дифракции,
(кристаллической
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.
ē  10-7 см
Из уравнения де Бройля следует, что электрон, находящийся в
состоянии покоя ( = 0), имеет значение  = . 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  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.