Квантовая механика

Квантовая механика – это физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне.

Важнейшими понятиями новой теорий стали: корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждой частицы материи свойств волны и частицы одновременно; соотношение неопределенностей Гейзенберга – невозможность одновременного измерения координат и импульса частицы. Таким образом, электрон, как любая микрочастица обладает двойственной природой: корпускулярной и волновой. Корпускулярность характеризует электрон как частицу, т.е. его массу, заряд, но поток электронов при движении образует волны и неопределенность электрона в атоме связана с тем, что электрон представляет собой энергетически зарядовое облако, и там, где область этого облака максимальная, там вероятность нахождения электрона максимальная. Вероятность нахождения электрона в определенной области пространства описывается волновой функцией , которая характеризует амплитуду волны, как функцию координат электрона. В наиболее простом случае эта функция зависит от трех пространственных координат и называется орбиталью. Для характеристики состояния электрона была предложена комплексная волновая функция. Зная её можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины. Волновая функция входит в математическое уравнение Шрёдингера, которое имеет сложный характер. Эволюция состояния системы определяется именно с помощью уравнения Шрёдингера.

² + 2m₀/ħ² ∙ (E – U) ∙  = 0 или Ĥ = Е , (1.3)

где  - комплексная волновая функция, Ĥ – квантово-механический оператор полной энергии Гамильтона, который учитывает движение электрона в пространстве, Е – энергия электрона в атоме.

Для того, чтобы определить энергетическое состояние электрона в атоме решают уравнение Шрёдингера, которое кроме массы электрона, его заряда энергии кинетического движения входит некоторая функция  (пси), которая характеризует волновые свойства электрона. Математическое решение этого уравнения, представлено в виде функции, зависящей от 4 квантовых чисел, которые и характеризуют положение электрона в около ядерном пространстве.

Квантовые числа

n – главное квантовое число, оно показывает энергию электрона, находящегося на данном энергетическом уровне. Принимает значения 1, 2, 3, 4…7. Чем ближе к ядру уровень, тем меньше энергия уровня.

l – орбитальное квантовое число. Оно показывает форму электронного облака. Принимает значения от 0 до n – 1.

Если l=0, то это s облачко, оно имеет форму сферы;

если l=1, то это р облачко, оно имеет форму гантели;

если l=2, то это d облачко, оно имеет форму сдвоенной гантели;

если l=3, то это f облачко, оно имеет форму сложного лепестка.

В нормальном состоянии у электрона нет других форм облаков.

m_l – магнитное квантовое число, показывает ориентацию электронных облаков около ядерного пространства. Принимают значения от – l, …0… + l.

Если l=0, то m_l = 0;

если l=1, то m_l = −1, 0, 1;

если l=2, то m_l = −2, −1, 0, 1, 2;

если l=3, то m_l = −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3.

m_s – спиновое квантовое число, характеризует собственный момент движения электрона. Принимает значения: + ½ и − ½.