ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Волновые свойства материальных частиц из "Общая и неорганическая химия" Однако в XX в. стало известно большое число явлений, свидетельствующих о том, что свет представляет собой поток материальных частиц, получивших название световых квантов или фотонов. Корпускулярные свойства света особенно отчетливо проявляются в явлении фотоэффекта. [c.16] Данное уравнение получается, если предположить, что фотон— частица, обладающая энергией ку, которую она передает электрону в металле. [c.17] Таким образом, фотоэффект совершенно определенно указывает на корпускулярную природу излучения, а интерференция и дифракция столь же определенно свидетельствуют о волновой природе света. Отсюда следует вывод, что движение фотонов характеризуется особыми законами, в которых сочетаются как корпускулярные, так и волновые характеристики. [c.17] В настоящее время дифракция электронов широко используется для изучения структуры веществ. Установка, в которой наблюдается это явление — электронограф — стала обычным прибором в физико-химических лабораториях. Для структурных исследований применяется также дифракция нейтронов. Была изучена дифракция атомов гелия, молекул водорода и других частиц. Таким образом, двойственная корпускулярно-волновая природа микрообъ-ектов является надежно установленным фактом. [c.17] Если с помощью (1.23) вычислить значения X для различных объектов, то окажется, что для макрообъектов эти значения исчезающе малы. Так, для частицы массой 1 г, движущейся со скоростью 1 см/с, = 6,6 10 см. Волновые свойства макрообъектов ни в чем не проявляются. Если длина волны значительно меньше размеров атома (10 см), то невозможно построить дифракционную решетку или какое-либо другое приспособление, позволяющее обнаружить волновую природу частицы. Иное дело — микрочастицы. Так, для электрона, ускоренного потенциалом в 1 В (и = 5,93-10 см/с), Я, = 1,23-10-7 см. [c.18] При прохождении потока электронов (или других микрочастиц) через дифракционную решетку интенсивность этого потока в одних направлениях увеличивается, а в других уменьшается, как это характерно для волн, длина волны которых соответствует уравнению де Бройля. Интенсивность потока электронов определяет вероятность попадания электрона в различные участки экрана. [c.18] Таким образом, распределение вероятности пребывания микрочастиц в пространстве описывается закономерностями, аналогич- ными закономерностям волнового движения. В этом проявляется двойственная корпускулярно-волновая природа микрочастиц — их корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля иногда назы--вают волнами вероятности. [c.18] Уравнение де Бройля удобно для предсказания результатов дифракции потоков микрочастиц, обладающих постоянной кинетической энергией, когда скорость частиц и, следовательно, и длина волны де Бройля Я постоянны. Однако в атомах и молекулах потенциальная (а следовательно, и кинетическая) энергия электронов зависит от расстояния между частицами и непосредственно использовать уравнение де Бройля в этих случаях нельзя требуется его обобщение, учитывающее указанное обстоятельство. Это было сделано квантовой механикой. [c.18] В отличие от теории Бора — Зоммерфельда квантовая механика не является искусственным соединением законов классической механики с правилами квантования. Это стройная теория, основанная на системе понятий, не содержащей противоречий. Все результаты, полученные на основе квантовой механики, находятся в полном соответствии с экспериментом. [c.18] В соответствии с физическим смыслом волновой функции она должна быть конечной, непрерывной и однозначной, а также обращаться в нуль для тех мест пространства, где частица не может находиться. Например, при рассмотрения движения электрона в атоме ) должна становиться равной нулю на бесконечно большом расстоянии от ядра. [c.19] Иа уравнения Шредингера находят полную энергию системы Е и зависимость функции г) (и ф ) от координат, т. е. распределение электронной плотности. Решение уравнения Шредингера для атомов и молекул всегда приводит к определенному набору дозволенных значений Е. Таким образом, теоретически выводится известное из опыта квантование энергии. Примечательно, что этот ре-.зультат получается из уравнения (1.24), которое само не содержит набора каких-либо чисел. Найдя Е и х,у,г), можно вычислить любые определяемые экспериментально характеристики рассматриваемой системы. [c.19] Строгое аналитическое решение уравнения Шредингера возможно только для одноэлектронных систем. В более сложных задачах применяют приближенные методы, которыми пользуется квантовая-химия. [c.20] Система понятий квантовой механики резко отличается от понятий классической механики. Квантовая механика оперирует с вероятностями нахождения частиц и ничего не говорит о траекто рии частицы, ее координатах и скорости в тот или иной момент времени, эти понятия в квантовой механике не имеют смысла. Однако в ней сохраняют свое значение понятия массы, энергии и момента импульса частицы. [c.20] Так как представление о движении в квантовой механике резко отличается от классического, часто вместо выражения движение электрона (в атоме, молекуле и т. д.) употребляют термин состояние электрона . [c.20] Поскольку величина Н, входящая в соотношение неопределенностей очень мала, для макрообъектов неопределенности в значениях координат и импульсов совершенно ничтожны, обусловленные ИМ.И эффекты не могут быть обнаружены никакими приборами. При описании движения макрообъектов следует рассматривать их точную траекторию и пользоваться классической механикой. [c.20] Вернуться к основной статье