ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Модели строения атома и химические реакции из "Современная общая химия Часть 1" Вклад в науку таких гениальных революционеров мысли, как Эйнщтейн и Бор, могут по достоинству оценить только те, кто хорошо знаком с состоянием науки ко времени сделанного открытия, но все же попробуем описать, что происходит, когда появляется новая теория. [c.118] Обычно перед таким открытием существует ряд устоявшихся теорий, способных объяснить большинство экспериментально установленных фактов. Эти теории связаны между собой, и каждая из них подтверждает правоту остальных. В совокупности они являют собой нечто солидное, почти непоколебимое. Роль рево-люционера-ученого состоит в том, чтобы убедить коллег в непригодности используемых ими моделей и в необходимости коренной перестройки основных предположений, на которых основывается какая-либо теория. То, что многим ученым, предлагающим такие новшества, не больше двадцати-тридцати лет, отнюдь не облегчает их задачу, но говорит об их смелости, инициативе и дерзости. Разумеется, задачу новатора облегчает тот факт, что ко времени его появления обычно накапливается много исключений , которые не удается объяснить в рамках устоявшихся теорий, и необходимость перемен становится очевидной. [c.118] Иногда нововведение настолько просто и позволяет настолько точно описать доселе необъяснимые опытные факты, что оно получает немедленное признание, как это произошло с теорией Бора. Иногда создателя новой теории продолжают озарять новые вспышки научного вдохновения, однако это происходит не всегда. И в подавляющем большинстве случаев появляются новые ученые, выдвигающие теории, которые еще лучше согласуются с наблюдаемыми явлениями. Так произошло, например, с теорией атомных спектров Бора, которая через 15 лет сменилась более общей теорией. [c.118] Напомним, что постоянная Ридберга К была рассчитана с точностью до пяти значащих цифр, поэтому требовалось найти достаточно точное решение задачи. Посмотрим, что удалось сделать Бору. [c.118] Бор показал, что можно вывести уравнение Рпдберга, основываясь на следующих предположениях и рассуждая описанным ниже образом . [c.119] Выразим теперь математически все перечисленные предположения и сведем их воедино. [c.119] Теперь можно составить выражение для разности энергий двух устойчивых состояний, соответствующих квантовым числам п и п. [c.120] Было сформулировано правило, согласно которому орбитальное квантовое-число I может принимать лишь вполне определенные значения О для 5-элек-тронов, 1 для р-электронов, 2 для -электронов и т. д. вплоть до п—1. Это предположение на языке представлений классической физики означало переход к рассмотрению не только круговых, ио и эллиптических траекторий электрона. [c.121] Векторная модель атома вскоре была дополнена еще одним предположением, высказанным Паули, согласно которому в каждом атоме два и только два электрона могут иметь одинаковые наборы чисел п, I я т. Другими словами, на каждой орбитали может цаходиться не более двух электронов. По предложению Улепбека и Гаудсмита, электронам стали приписывать спиновое квантовое число, равное /2- Если число электронов со спином Ч- /г равно числу электронов со спином — /2, то их результирующий спин равен нулю, и такие электроны называют полностью спаренными. Два электрона, находящиеся на одной орбитали, всегда спарены иногда говорят, что их спины ориентированы в противоположные стороны, или антипараллельны. [c.122] Кзант действия, т. е. величина Л/2л, встречается во многих проблемах квантовой теории при квантовании различных физических величин. Вычислите значение кванта действия в единицах эрг-секунда на молекулу и килокалория-секунда на моль. [c.122] Еще одной интересной особенностью вероятностной модели атома является то, что она не использует понятия о траекториях электронов. Уравнение Шрёдингера ничего не говорит о том, каковы траектории, по которым движутся электроны в атомах. [c.124] Вероятностное рещение уравнения Шрёдингера в применении к атомам может быть также интерпретировано с использованием представления о диффузных электронных облаках. Тогда функция вероятности позволяет указать среднее значение плотности отрицательного заряда облака на различных орбиталях, окружающих ядро. Каждая орбиталь представляет собой область, в которой может размещаться диффуз юе облако отрицательного заряда, образованное не более чем двy iя электронами с противоположными спинами. Каждая орбиталь может проникать в другие орбитали, или, как говорят, перекрываться с ними, и это происходит на самом деле, однако, несмотря на такое перекрывание, каждая орбиталь оказывается иочти независимой от остальных орбиталей. [c.124] Правдоподобие модели атома с облаками отрицательного заряда подтверждается тем, что и макроскопические объекты могут вибрировать почти таким же образом, как это должно происходить с атомом водорода на основании рещения уравнения Шрёдингера. Так, у стальных шаров наблюдаются колебания - -тина, уО -типа и т. д., симметрия которых совпадает с предсказываемой для электронов в атомах. Поведение стального шара значительно больше, чем поведение блуждающей частицы (см. рпс. 4.5), напоминает пульсирующее облако. По-виднмому, когда электроны попадают на атомную орбиталь, они утрачивают многие свойства, присущие им как частицам, хотя, возможно, еще не в той степени, как в момент попадания в атомное ядро. [c.124] Например, спектральные линии, обусловленные переходами с -орбиталей, являются резкими (имеют небольшую неопределенность энергии), так как времена жизни этих возбужденных состояний достаточно велики (имеют большую неопределенность времени), а линии, обусловленные переходами с ( -орбиталей, являются диффузными, широкими, так как соответствующие времена жизии невелики. Соотноше1П1я неопределенности Гейзенберга указывают, что невозможно одновременно точно измерить положение и импульс (или направление движения) частицы следовательно, невозможно определить траекторию электрона в атоме. [c.125] Однако, располагая функцией вероятности, химики могут совсем не интересоваться траекториями электронов в атомах. Электроны движутся настолько быстрее атомов, что, рассматривая молекулярные процессы, можно ие затрагивать вопроса о траекториях электронов в атомах. Поэтому мы можем применять квантовую теорию, основанную на уравнении Шрёдингера, не задумываясь о траекториях электронов. [c.125] Далее мы будем постоянно использовать квантовую модель атома, иногда говоря об электронных облаках, а иногда об отдельных электронах. Но на самом деле в обоих случаях мы будем иметь в виду функцию вероятности, которая указывает степень достоверности того, что отрицательный заряд может быть обнаружен в различных областях рассматриваемой орбитали в пространстве, окружающем атомное ядро. [c.125] Вернуться к основной статье