
- •1.Определение химии как науки: объекты и область изучения.
- •2. Определение химической технологии как науки.
- •8. Открытие радиоактивности.
- •9. Опыт Резерфорда по рассеянию Альфа-лучей на металлической фольге.
- •12. Атомная модель Бора.
- •15. Корпускулярно-волновая двойственность света.
- •16. Опыты Девиссона и Джермера по интерференции на основе дифракции электронов.
- •17. Волны де Бройля.
- •18. Принцип неопределенности Гейзенберга.
- •19. Уравнение Шредингера
- •20. Принцип Паули.
- •21. Правило Хунда.
- •22. Попытки классификации химических элементов по их свойствам.
- •23. Триады Деберейнера.
- •24. Октавы Ньюлендса.
18. Принцип неопределенности Гейзенберга.
Вернер Карл ГЕЙЗЕНБЕРГ Немецкий физик-теоретик. Родился в Вюрцбурге. Его отец был профессором византологи Мюнхенского университета. В начале 1920-х годов, когда произошел бурный всплеск творческой мысли, приведший к созданию квантовой механики, эту проблему первым осознал молодой немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг. Начав со сложных математических формул, описывающих мир на субатомном уровне, он постепенно пришел к удивительной по простоте формуле, дающий общее описание эффекта воздействия инструментов измерения на измеряемые объекты микромира, о котором мы только что говорили. В результате им был сформулирован принцип неопределенности, названный теперь его именем: неопределенность значения координаты x неопределенность скорости > h/m, математическое выражение которого называется соотношением неопределенностей Гейзенберга: Δx х Δv > h/m где Δx — неопределенность (погрешность измерения) пространственной координаты микрочастицы, Δv — неопределенность скорости частицы, m — масса частицы, а h — постоянная Планка, названная так в честь немецкого физика Макса Планка, еще одного из основоположников квантовой механики. Постоянная Планка равняется примерно 6,626 x 10–34 Дж·с, то есть содержит 33 нуля до первой значимой цифры после запятой.
19. Уравнение Шредингера
Уравне́ние Шрёдингера — уравнение, описывающее изменение в пространстве (в общем случае, в конфигурационном пространстве) и во времени чистого состояния, задаваемого волновой функцией, в гамильтоновых квантовых системах. Играет в квантовой механике такую же важную роль, как уравнение второго закона Ньютона в классической механике. Его можно назвать уравнением движения квантовой частицы. Установлено Эрвином Шрёдингером в 1926 году.Уравнение Шрёдингера предназначено для частиц без спина(Спин - вращение) — собственный момент импульса элементарных частиц), движущихся со скоростями много меньшими скорости света. Хотя уравнение Шрёдингера относится к области высшей математики, оно настолько важно для понимания современной физики, что я его все-таки здесь приведу — в самой простой форме (так называемое «одномерное стационарное уравнение Шрёдингера»). Вышеупомянутая волновая функция распределения вероятности, обозначаемая греческой буквой ψ («пси»), является решением следующего дифференциального уравнения (ничего страшного, если оно вам не понятно; главное — примите на веру, что это уравнение свидетельствует о том, что вероятность ведёт себя как волна):
где x — расстояние, h — постоянная Планка,
а m, E и U — соответственно масса, полная
энергия и потенциальная энергия частицы.
20. Принцип Паули.
Принцип
Паули (принцип запрета) — один из
фундаментальных принципов квантовой
механики, согласно которому два и более
тождественных фермиона (частиц с
полуцелым спином) не могут одновременно
находиться в одном квантовом состоянии.
Принцип был сформулирован для электронов
Вольфгангом Паули в 1925 г. в процессе
работы над квантомеханической
интерпретацией аномального эффекта
Зеемана и в дальнейшем распространён
на все частицы с полуцелым спином. Полное
обобщённое доказательство принципа
было сделано им в теореме Паули (теореме
о связи спина со статистикой) в 1940 г. в
рамках квантовой теории поля. Из этой
теоремы следовало, что волновая функция
системы фермионов является антисимметричной
относительно их перестановок, поведение
систем таких частиц описывается
статистикой Ферми — Дирака. Принцип
Паули можно сформулировать следующим
образом: в пределах одной квантовой
системы в данном квантовом состоянии
может находиться только одна частица,
состояние другой должно отличаться
хотя бы одним квантовым числом. В
статистической физике принцип Паули
иногда формулируется в терминах чисел
заполнения: в системе одинаковых частиц,
описываемых антисимметричной волновой
функцией, числа заполнения могут
принимать лишь два значения
.
Принцип Паули помогает объяснить
разнообразные физические явления.
Следствием принципа является наличие
электронных оболочек в структуре атома,
из чего, в свою очередь, следует
разнообразие химических элементов и
их соединений. Количество электронов
в отдельном атоме равно количеству
протонов. Так как электроны являются
фермионами, принцип Паули запрещает им
принимать одинаковые квантовые состояния.
В итоге, все электроны не могут быть в
одном квантовом состоянии с наименьшей
энергией (для невозбуждённого атома),
а заполняют последовательно квантовые
состояния с наименьшей суммарной
энергией (при этом не стоит забывать,
что электроны неразличимы, и нельзя
сказать, в каком именно квантовом
состоянии находится данный электрон).
Примером может служить невозбуждённый
атом лития (Li), у которого два электрона
находятся на 1S орбитали (самой низкой
по энергии), при этом у них отличаются
собственные моменты импульса и третий
электрон не может занимать 1S орбиталь,
так как будет нарушен запрет Паули.
Поэтому, третий электрон занимает 2S
орбиталь (следующая, низшая по энергии,
орбиталь после 1S).