Квантовомеханическая теория строения атома. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Радиальная и угловая составляющие. Квантовые числа. атомные уровни, подуровни и орбитали. Формы s-. p-, d- атомных орбиталей.

Другие предметы Университет Квантовая химия квантовомеханическая теория Уравнение Шрёдингера волновая функция радиальная составляющая угловая составляющая квантовые числа атомные уровни подуровни орбитали формы атомных орбиталей Новый

Квантовомеханическая теория строения атома является основой современного понимания структуры атомов и их поведения. Давайте разберем основные компоненты этой теории, включая уравнение Шредингера, волновую функцию и квантовые числа.

1. Уравнение Шредингера

Уравнение Шредингера описывает, как изменяется волновая функция системы во времени. Оно имеет два основных вида: зависимое от времени и независимое от времени. В независимом виде оно выглядит следующим образом:

Hψ = Eψ

где H - гамильтониан системы, ψ - волновая функция, а E - энергия системы. Это уравнение позволяет нам находить энергетические уровни атомов и их волновые функции.

2. Волновая функция

Волновая функция (ψ) описывает состояние квантовой системы. Она содержит информацию о вероятности нахождения электрона в определенной области пространства. Квадрат модуля волновой функции (|ψ|²) дает вероятность нахождения электрона в данной точке.

3. Радиальная и угловая составляющие

Волновая функция может быть разложена на радиальную и угловую составляющие. Это связано с тем, что электроны в атоме имеют определенные орбитали, которые можно представить в виде сферических координат.

• Радиальная составляющая: зависит от расстояния до ядра и описывает, как вероятность нахождения электрона меняется с расстоянием.
• Угловая составляющая: зависит от угловых координат и описывает, как распределена вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра.

4. Квантовые числа

Для описания состояния электрона в атоме используются четыре квантовых числа:

• Главное квантовое число (n): определяет уровень энергии электрона и его среднее расстояние от ядра. Может принимать целые значения от 1 и выше.
• Орбитальное квантовое число (l): определяет форму орбитали и может принимать значения от 0 до (n-1).
• Магнитное квантовое число (m): определяет ориентацию орбитали в пространстве и может принимать значения от -l до +l.
• Спиновое квантовое число (s): описывает внутренний момент движения электрона и может принимать значения +1/2 или -1/2.

5. Атомные уровни, подуровни и орбитали

Атомные уровни соответствуют главным квантовым числам и определяют энергетические уровни атома. Каждый уровень может быть разделен на подуровни, которые определяются орбитальным квантовым числом:

• s-уровень: l=0, имеет одну орбиталь (s-орбиталь), имеет форму сферы.
• p-уровень: l=1, имеет три орбитали (p-орбитали), имеет форму гантели.
• d-уровень: l=2, имеет пять орбиталей (d-орбитали), имеет более сложные формы.

Таким образом, квантовомеханическая теория строения атома объясняет, как электроны располагаются вокруг ядра, используя волновые функции, квантовые числа и различные формы орбиталей. Это понимание является ключевым для изучения химии и физики атомов.