Квантовомеханичекая теория строения атома. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Квантовые числа. Формы s -, р -, d - атомных орбиталей.

Другие предметы Колледж Квантовая химия квантовая механика теория строения атома Уравнение Шрёдингера волновая функция квантовые числа атомные орбитали s-орбитали p-орбитали d-орбитали Новый

Квантовая механика — это раздел физики, который описывает поведение микрочастиц, таких как электроны, с помощью математических моделей и уравнений. Одним из основных инструментов квантовой механики является уравнение Шредингера, которое описывает, как волновая функция системы изменяется со временем.

1. Уравнение Шредингера

Уравнение Шредингера можно рассматривать как аналог второго закона Ньютона для квантовых систем. Оно выглядит следующим образом:

iħ ∂ψ/∂t = Hψ

где:

• i — мнимая единица;
• ħ — редуцированная постоянная Планка;
• ψ — волновая функция;
• H — гамильтониан, оператор энергии системы.

Решение этого уравнения позволяет найти волновую функцию (ψ), которая описывает состояние системы, а также вероятностное распределение местоположения электрона.

2. Волновая функция

Волновая функция — это математическая функция, которая содержит всю информацию о квантовом состоянии системы. Квадрат модуля волновой функции |ψ|² дает вероятность нахождения частицы в определенной точке пространства. Таким образом, волновая функция является ключевым элементом в понимании поведения атомов и молекул.

3. Квантовые числа

Квантовые числа — это набор чисел, которые описывают состояние электрона в атоме. Существует четыре основных квантовых числа:

• Главное квантовое число (n): определяет уровень энергии электрона и его среднее расстояние от ядра. Оно может принимать целые положительные значения (n = 1, 2, 3,...).
• Орбитальное квантовое число (l): определяет форму орбитали и может принимать значения от 0 до (n-1). Например, для n=2, l может быть 0 или 1.
• Магнитное квантовое число (m): определяет ориентацию орбитали в пространстве и может принимать значения от -l до +l.
• Спиновое квантовое число (s): описывает внутренний спин электрона и может принимать значения +1/2 или -1/2.

4. Формы атомных орбиталей

Атомные орбитали — это области, в которых с наибольшей вероятностью можно найти электроны. Основные формы атомных орбиталей:

• s-орбитали: имеют сферическую форму. Они характеризуются l=0 и могут содержать до 2 электронов.
• p-орбитали: имеют форму гантели и ориентированы вдоль осей координат (x, y, z). Они характеризуются l=1 и могут содержать до 6 электронов.
• d-орбитали: имеют более сложную форму, включающую различные подуровни (например, двугранные, тридцатигранные). Они характеризуются l=2 и могут содержать до 10 электронов.

В заключение, квантовомеханическая теория строения атома предоставляет нам мощный инструмент для описания микромира, позволяя понять структуру атомов и поведение их электронов. Уравнение Шредингера и связанные с ним концепции, такие как волновая функция и квантовые числа, являются основой этой теории.