Aling mga katawan ang may guhit na spectra? Ang pagtatanghal ng pisika sa paksang "atomic spectra"
Bahagi A. Piliin ang tamang sagot:
A) Fluorescent lamp
B) screen ng TV
B) Infrared laser
D) maliwanag na lampara
A) Para sa heated solids
B) Para sa pinainit na likido
A) Para sa heated solids
B) Para sa pinainit na likido
D) Para sa pinainit na mga atomic na gas
Bahagi B. Para sa bawat isa
A) Patuloy na spectrum
B) Line spectrum
B) Band spectrum
D) spectra ng pagsipsip
Physics 11 Test "Mga uri ng radiation at spectra"
Bahagi A. Piliin ang tamang sagot:
A1. Aling radiation ng katawan ang thermal?
A) Fluorescent lamp
B) screen ng TV
B) Infrared laser
D) maliwanag na lampara
A2. Anong mga katawan ang nailalarawan sa pamamagitan ng guhit na pagsipsip at paglabas ng spectra?
A) Para sa heated solids
B) Para sa pinainit na likido
B) Para sa alinman sa mga katawan sa itaas
D) Para sa pinainit na mga atomic na gas
D) Para sa mga bihirang molekular na gas
A3. Aling mga katawan ang nailalarawan sa pamamagitan ng pagsipsip ng linya at paglabas ng spectra?
A) Para sa heated solids
B) Para sa pinainit na likido
B) Para sa mga bihirang molekular na gas
D) Para sa pinainit na mga atomic na gas
D) Para sa alinman sa mga katawan sa itaas
Bahagi B. Para sa bawat isa mga katangian piliin ang naaangkop na uri ng spectrum
- Ang spectra ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpasa ng liwanag mula sa isang pinagmumulan na gumagawa ng tuluy-tuloy na spectrum sa pamamagitan ng isang substance na ang mga atomo ay nasa isang unexcited na estado
- Binubuo ng mga indibidwal na linya na magkaiba o magkapareho ang kulay, na may magkakaibang lokasyon
- Naglalabas sila ng pinainit na solid at likidong mga sangkap, mga gas na pinainit sa ilalim ng mataas na presyon.
- Magbigay ng mga substance na nasa molecular state
- Inilalabas ng mga gas at low-density na singaw sa atomic state
- Binubuo ng malaking bilang ng mga linyang malapit ang pagitan
- Ang mga ito ay pareho para sa iba't ibang mga sangkap, kaya hindi sila magagamit upang matukoy ang komposisyon ng isang sangkap
- Ito ay isang set ng mga frequency na hinihigop ng isang partikular na substance. Ang sangkap ay sumisipsip ng mga linya ng spectrum na ibinubuga nito, bilang isang mapagkukunan ng liwanag
- Ang mga ito ay spectra na naglalaman ng lahat ng wavelength ng isang tiyak na hanay.
- Binibigyang-daan kang hatulan ang kemikal na komposisyon ng pinagmumulan ng liwanag sa pamamagitan ng mga parang multo na linya
A) Patuloy na spectrum
Mga Paksa ng Pinag-isang State Examination codifier: line spectra.
Kung dumaan ka sa sikat ng araw sa isang glass prism o diffraction grating, makukuha mo ang kilalang-kilala tuloy-tuloy na spectrum(Larawan 1) (Mga larawan sa Fig. 1, 2 at 3 na kinuha mula sa website na www.nanospectrum.ru):
kanin. 1. Patuloy na spectrum
Ang spectrum ay tinatawag na tuloy-tuloy dahil naglalaman ito ng lahat ng wavelength ng nakikitang hanay - mula sa pulang hangganan hanggang sa violet. Napansin namin ang isang tuluy-tuloy na spectrum sa anyo ng isang solidong banda na binubuo ng iba't ibang kulay.
Hindi lamang ang sikat ng araw ay may tuluy-tuloy na spectrum, kundi pati na rin, halimbawa, ang liwanag ng isang electric light bulb. Sa pangkalahatan, lumalabas na ang anumang solid at likidong katawan (pati na rin ang napakasiksik na mga gas) na pinainit sa isang mataas na temperatura ay gumagawa ng radiation na may tuluy-tuloy na spectrum.
Ang sitwasyon ay nagbabago nang husay kapag naobserbahan natin ang glow ng rarefied gas. Ang spectrum ay huminto sa pagiging tuloy-tuloy: ang mga discontinuities ay lumilitaw sa loob nito, na tumataas habang ang gas ay nagiging bihira. Sa limitadong kaso ng isang napakabihirang atomic na gas, ang spectrum ay nagiging pinasiyahan- binubuo ng hiwalay na medyo manipis na mga linya.
Isasaalang-alang namin ang dalawang uri ng line spectra: ang emission spectrum at ang absorption spectrum.
Emission spectrum
Ipagpalagay natin na ang gas ay binubuo ng mga atomo ng ilang elemento ng kemikal at napakabihirang halos hindi nakikipag-ugnayan ang mga atomo sa isa't isa. Ang pagpapalawak ng radiation ng naturang gas (pinainit sa isang sapat na mataas na temperatura) sa isang spectrum, makikita natin ang humigit-kumulang sumusunod na larawan (Larawan 2):
kanin. 2. Line emission spectrum
Ang line spectrum na ito, na nabuo ng manipis na nakahiwalay na maraming kulay na linya, ay tinatawag spectrum ng paglabas.
Ang anumang atomic rarefied gas ay naglalabas ng liwanag na may line spectrum. Bukod dito, para sa bawat elemento ng kemikal ang spectrum ng paglabas ay nagiging kakaiba, na gumaganap ng papel ng isang "card ng pagkakakilanlan" ng elementong ito. Batay sa hanay ng mga linya sa spectrum ng paglabas, malinaw nating masasabi kung aling elemento ng kemikal ang ating kinakaharap.
Dahil ang gas ay bihira at ang mga atomo ay may maliit na pakikipag-ugnayan sa isa't isa, maaari nating tapusin na ang liwanag ay ibinubuga ng mga atomo sa kanilang sariling. kaya, ang isang atom ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang discrete, mahigpit na tinukoy na hanay ng mga wavelength ng ibinubuga na liwanag. Ang bawat elemento ng kemikal, tulad ng nasabi na natin, ay may sariling hanay.
Spectrum ng pagsipsip
Ang mga atomo ay naglalabas ng liwanag kapag lumilipat mula sa isang excited na estado patungo sa isang ground state. Ngunit ang sangkap ay hindi lamang makapagpapalabas, ngunit sumisipsip din ng liwanag. Ang isang atom, na sumisipsip ng liwanag, ay sumasailalim sa kabaligtaran na proseso - pumasa ito mula sa ground state hanggang sa nasasabik.
Isaalang-alang muli ang isang rarefied atomic gas, ngunit sa pagkakataong ito ay nasa malamig na estado (sa medyo mababang temperatura). Hindi namin makikita ang gas glow; Nang hindi pinainit, ang gas ay hindi nagliliwanag - napakakaunting mga atomo sa nasasabik na estado para dito.
Kung magpapasa ka ng liwanag na may tuluy-tuloy na spectrum sa aming malamig na gas, makakakita ka ng ganito (Larawan 3):
kanin. 3. Line absorption spectrum
Laban sa background ng tuluy-tuloy na spectrum ng liwanag ng insidente, lumilitaw ang mga madilim na linya, na bumubuo sa tinatawag na spectrum ng pagsipsip. Saan nagmula ang mga linyang ito?
Sa ilalim ng impluwensya ng liwanag ng insidente, ang mga atom ng gas ay napupunta sa isang nasasabik na estado. Ito ay lumiliko na hindi anumang mga wavelength ang angkop para sa paggulo ng mga atomo, ngunit iilan lamang, mahigpit na tinukoy para sa isang naibigay na uri ng gas. Tiyak na ang mga wavelength na ito ang "kumukuha" ng gas mula sa dumadaan na liwanag.
Bukod dito, ang gas ay nag-aalis mula sa tuloy-tuloy na spectrum nang eksakto sa parehong mga wavelength na ibinubuga nito! Ang mga madilim na linya sa spectrum ng pagsipsip ng isang gas ay eksaktong tumutugma sa maliwanag na mga linya sa spectrum ng paglabas nito. Sa Fig. Inihahambing ng Figure 4 ang emission at absorption spectra ng rarefied sodium vapor (larawan mula sa website www.nt.ntnu.no):
kanin. 4. Absorption at emission spectra para sa sodium
Isang kahanga-hangang pagkakataon ng mga linya, hindi ba?
Sa pamamagitan ng pagtingin sa emission at absorption spectra, napagpasyahan ng mga physicist ng ika-19 na siglo na ang atom ay hindi isang hindi mahahati na particle at may ilang panloob na istraktura. Sa katunayan, ang isang bagay sa loob ng atom ay dapat magbigay ng isang mekanismo para sa paglabas at pagsipsip ng liwanag!
Bilang karagdagan, ang pagiging natatangi ng atomic spectra ay nagpapahiwatig na ang mekanismong ito ay naiiba para sa mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal; samakatuwid, ang mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal ay dapat magkaiba sa kanilang panloob na istraktura.
Ang susunod na pahina ay ilalaan sa istruktura ng atom.
Spectral analysis
Ang paggamit ng line spectra bilang natatanging "pasaporte" ng mga elemento ng kemikal ang batayan parang multo na pagsusuri- isang paraan para sa pag-aaral ng kemikal na komposisyon ng isang sangkap batay sa spectrum nito.
Ang ideya ng spectral analysis ay simple: ang emission spectrum ng substance sa ilalim ng pag-aaral ay inihambing sa standard spectra ng mga elemento ng kemikal, pagkatapos nito ay ginawa ang isang konklusyon tungkol sa pagkakaroon o kawalan ng isang partikular na elemento ng kemikal sa sangkap na ito. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang paraan ng spectral analysis ay maaaring matukoy ang kemikal na komposisyon hindi lamang qualitatively, ngunit din quantitatively.
Bilang resulta ng pagmamasid sa iba't ibang spectra, natuklasan ang mga bagong elemento ng kemikal.
Ang una sa mga elementong ito ay cesium at rubidium; pinangalanan ang mga ito ayon sa kulay ng mga linya sa kanilang spectrum (Sa spectrum ng cesium, dalawang linya ng kulay na asul na langit, na tinatawag na caesius sa Latin, ang pinaka binibigkas. Gumagawa ang Rubidium ng dalawang katangiang linya ng kulay na ruby ).
Noong 1868, natuklasan ang mga linya sa spectrum ng Araw na hindi tumutugma sa alinman sa mga kilalang elemento ng kemikal. Ang bagong elemento ay pinangalanan helium(mula sa Greek helios- Araw). Ang helium ay kasunod na natuklasan sa kapaligiran ng Earth.
Sa pangkalahatan, ang spectral analysis ng radiation ng Araw at mga bituin ay nagpakita na ang lahat ng mga elemento na kasama sa kanilang komposisyon ay naroroon sa Earth. Kaya, lumabas na ang lahat ng mga bagay sa Uniberso ay pinagsama mula sa parehong "set ng mga brick."
1 opsyon
1. Anong uri ng radiation (thermal o luminescent) nabibilang ang glow:
1. red-hot metal casting; 2. fluorescent lamp;
3. bituin; 4. ilang isda sa malalim na dagat.
A. 1, 3 - thermal, 2, 4 - luminescent; B. 1, 2, 3, 4 – thermal lamang;
V. 1, 2, 3, 4 at thermal at luminescent; D. 1, 4 - thermal, 2, 3 - luminescent.
2. Ang glow ng solids na dulot ng pambobomba sa kanila ng mga electron ay tinatawag na:
A. electroluminescence B. cathodoluminescence C. thermal glow
D. chemiluminescence D. photoluminescence
3. Ang mga katawan na binubuo ng mga nasasabik na molekula na hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa ay naglalabas
4. Aling mga katawan ang nailalarawan sa pamamagitan ng striped absorption at emission spectra?
B. Para sa alinman sa mga katawan sa itaas D. Para sa mga pinainit na atomic gas
D. Para sa rarefied molecular gases
5. Ang tuluy-tuloy (solid) spectra ay ibinibigay ng mga katawan na matatagpuan
A. lamang sa solid state sa napakataas na temperatura;
B. sa isang gas na molekular na estado kung saan ang mga molekula ay hindi nakagapos o mahinang nakagapos
magkasama;
V. sa isang gas na atomic na estado kung saan ang mga atom ay halos hindi nakikipag-ugnayan
magkasama;
G. sa solid o likidong estado, pati na rin sa mga mataas na naka-compress na gas
6. Ang isang sangkap sa isang gas na atomic na estado ay nagbibigay ng:
A. tuloy-tuloy na spectrum ng radiation B. line spectrum ng radiation
B. striped emission spectrum D. tuloy-tuloy na absorption spectrum
D. striped absorption spectrum
7. Ang spectral analysis ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy:
A. kemikal na komposisyon ng sangkap; B. bilis ng paggalaw ng katawan; B. dami ng katawan;
G. timbang ng katawan; D. temperatura ng katawan; E. presyon ng hangin.
8 . Ang figure ay nagpapakita ng mga larawan ng absorption spectra ng Na, H, Ca at isang hindi kilalang gas. Sa pamamagitan ng
Batay sa spectra, masasabi na ang hindi kilalang gas ay naglalaman ng isang kapansin-pansing halaga
A. sodium (Na), hydrogen (H), calcium (Ca); B. hydrogen (H) at calcium (Ca);
B. sodium (Na) at hydrogen (H); G. sodium (Na) at calcium (Ca
Physics 11 Test “Mga uri ng radiation. Spectra"
Opsyon 2
1. Radiation, kung saan ang enerhiya na nawala ng mga atomo upang maglabas ng liwanag ay binabayaran ng enerhiya
Ang thermal motion ng mga atomo (o mga molekula) ng isang katawan ay tinatawag na:
A. electroluminescence B. photoluminescence C. thermal radiation
D. cathodoluminescence D. chemiluminescence
2. Ang electroluminescence ay radiation na ginawa ng enerhiya
A. mga electron na nagbobomba sa ibabaw ng isang nagniningning na solid;
B. electric field, na ipinaparating sa mga electron na nagbabanggaan sa mga atomo
nagniningning na katawan;
B. electromagnetic waves na hinihigop ng mga atomo ng katawan na nag-iilaw;
G. inilabas sa panahon ng electrical interaction ng mga ions ng isang radiating body
3. Nasasabik na mga atom ng napakabihirang mga gas at unsaturated vapor, hindi
nakikipag-ugnayan sa isa't isa, naglalabas ng spectra:
A. may guhit; B. solid; V. pinasiyahan.
4. Mga solidong binubuo ng nasasabik, patuloy na nakikipag-ugnayan sa mga molekula at ion.
naglalabas ng spectra:
A. may guhit; B. solid; V. pinasiyahan.
5. Aling mga katawan ang nailalarawan sa pamamagitan ng line absorption at emission spectra?
A. Para sa heated solids B. Para sa heated liquids
B. Para sa rarefied molecular gases D. Para sa heated atomic gases
D. Para sa alinman sa mga katawan sa itaas
6. Ang isang sangkap sa isang gas na estado, kung ang gas ay binubuo ng mga molekula na mahinang nakagapos sa isa't isa, ay nagbibigay ng:
A. linear absorption spectrum B. tuloy-tuloy na emission spectrum
B. striped emission spectrum D. line emission spectrum
D. tuloy-tuloy na spectrum ng pagsipsip
7. Spectral analysis ay
A. paraan para sa pagtukoy ng uri ng radiation (thermal, luminescent, atbp.) ayon sa uri ng spectrum;
B. paraan ng pagtukoy ng kemikal na komposisyon ng isang sangkap mula sa spectrum nito;
B. pagsusuri ng mga katangian ng isang prism o diffraction grating;
D. pagpapasiya ng estado ng pagsasama-sama ng isang sangkap mula sa spectrum nito
8. Ang figure ay nagpapakita ng mga larawan ng emission spectra ng H, He, Sr at isang hindi kilalang gas. Sa hitsura
spectra, masasabi na ang hindi kilalang gas ay naglalaman ng isang kapansin-pansing halaga
A. hydrogen (H) at helium (He); B. hydrogen (H), strontium (Sr) at helium (He);
B. strontium (Sr) at hydrogen (H); G. strontium (Sr) at helium (He)
May tatlong uri ng emission spectra - line, striped at continuous. Ang line spectra ay sinusunod sa mga kaso kung saan ang mga indibidwal na atom o ion ay naglalabas. Binubuo ang mga ito ng isang bilang ng mga linya na katangian ng isang partikular na sangkap, na pinaghihiwalay ng mga madilim na espasyo. Ang bawat linya ay tumutugma sa isang tiyak na wavelength, na tinatawag na monochromatic. Ang line spectra ay nagpapakilala sa mga phenomena na nagaganap sa loob ng isang atom.
Ang banded spectra ay inilalabas ng mga molekula. Ang banda ay isang serye ng malapit na pagitan ng mga parang multo na linya. Ang paglabas ng striped spectra ay nagpapahiwatig ng isang komplikasyon ng mga estado ng enerhiya ng molekula kumpara sa mga estado ng isang nakahiwalay na atom, dahil sa mga vibrational at rotational na paggalaw ng constituent nuclei nito.
Ang patuloy na spectra ay ibinubuga ng mga solido. Ang patuloy na katangian ng spectra na ito ay bunga ng malakas na interaksyon ng mga particle na bumubuo sa solid.
Ang uri ng line spectrum ay nakasalalay sa istraktura ng atom ng kaukulang elemento ng kemikal, samakatuwid, ang lahat ng mga elemento ng kemikal ay may mahigpit na tinukoy na spectra ng linya, na naiiba sa bawat isa kapwa sa bilang ng mga linya at sa kanilang mga wavelength. Ang pinakasimpleng line spectrum ay ginawa ng hydrogen atom, na may pinakasimpleng istraktura. Ang paghahanap para sa mga paliwanag ng mga pattern na likas sa spectrum na ito ay humantong sa paglikha ng quantum mechanical theory ng atom.
Una sa lahat, dapat tandaan na ang mga linya sa emission spectrum ng anumang atom, kabilang ang hydrogen atom, ay hindi random na matatagpuan, ngunit maaaring pagsamahin sa mga grupo na tinatawag na serye. Ang pagsasaayos ng mga linya sa seryeng ito ay napapailalim sa ilang partikular na pattern. Sa nakikitang bahagi ng spectrum ng hydrogen atom ito ay ang Balmer series, sa ultraviolet - ang Lyman series, sa malapit na infrared - ang Paschen series, atbp. Ang formula na natagpuang eksperimental para sa mga wavelength l ng mga linya sa bawat isa sa mga seryeng ito ay may anyo:
Ito ay tinatawag na pangkalahatang Balmer formula. Sa formula na ito R = 1.097×10 7 m -1- pare-pareho ang Rydberg, n At m buong numero. Para sa isang naibigay n numero m tumatanggap ng lahat ng mga halaga ng integer simula sa n+1. Kung n=1 inilalarawan ng formula (1) ang serye ng Lyman, n=2 Serye ng Balmer, n=3- Serye ng Paschen.
Ang pisikal na kahulugan ng formula na ito ay sumusunod sa teorya ng istruktura ng hydrogen atom at hydrogen-like atoms, na nilikha ni Bohr batay sa quantum hypothesis ni Planck at ang klasikal na planetary model ng Rutherford atom. Ipinalagay ni Bohr ang mga pangunahing probisyon ng teorya na kanyang binuo.
Ang unang postulate: sa isang atom mayroong isang bilang ng mga discrete stationary states, na tumutugma sa ilang mga halaga ng enerhiya ng atom: E 1, E 2, E 3,… . Sa isang nakatigil na estado, ang isang atom ay hindi naglalabas o sumisipsip ng enerhiya.
Ang pangalawang postulate: ang paglabas at pagsipsip ng enerhiya ay nangyayari sa panahon ng paglipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa. Sa kasong ito, ang isang dami ng enerhiya ay ibinubuga o hinihigop hn, katumbas ng pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng dalawang nakatigil na estado:
hn = E m - E n (2)
saan h- pare-pareho ni Planck. Tinutukoy ng expression (2) ang frequency n ng monochromatic radiation na ibinubuga o na-absorb ng isang atom sa panahon ng paglipat mula sa estado m patungo sa estado n (kondisyon ng dalas ng Bohr).
Ang mga discrete stationary na estado sa teorya ni Bohr ay pinili gamit ang isang espesyal na panuntunan para sa pag-quantize ng mga orbit, na nabalangkas tulad ng sumusunod: sa lahat ng mga orbit na posible ayon sa mga klasikal na mekanika, ang mga iyon lamang ang natanto kung saan ang angular momentum ng electron ay isang multiple ng halaga ( ikatlong postulate):
Sa formula (3) m- mass ng elektron; Vn- bilis ng elektron bawat n ika nakatigil na orbit; r n- ang radius ng orbit na ito; n- integer: 1, 2, 3, ....
Kasunod ng Bohr, isaalang-alang ang isang atomic system na binubuo ng isang nucleus na may charge Ze at isang electron na may charge - e.
Sa Z= 1, tulad ng isang sistema ay tumutugma sa isang hydrogen atom, kasama ang iba pang Z - isang hydrogen-tulad ng atom, i.e. isang atom na may atomic number Z kung saan ang lahat maliban sa isang electron ay inalis. Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ipagpalagay natin na ang elektron ay umiikot sa isang pabilog na orbit, at ang masa ng nucleus ay walang hanggan malaki kumpara sa masa ng elektron, at ang nucleus ay hindi gumagalaw.
Ang puwersang sentripetal na humahawak sa electron sa ika-1 nakatigil na orbit ay nilikha ng puwersa ng pagkahumaling ng Coulomb sa nucleus.
Mula rito: , (4)
mga. Kapag ang isang elektron ay gumagalaw sa isang orbit, ang kinetic energy at potensyal na enerhiya nito ay nauugnay sa relasyon 2T = -U (5)
Sa paghahati ng equation (4) sa equation (3), nakakakuha tayo ng expression para sa bilis ng electron sa nth stationary orbit.
Ang kabuuang enerhiya (E) ng isang electron sa nth stationary orbit ay binubuo ng kinetic at potential energies at, isinasaalang-alang ang formula (5), ay katumbas ng:
Ang pagpapalit ng halaga ng bilis (6) sa formula na ito, nakukuha natin ang sumusunod na expression para sa mga energies ng nakatigil na estado ng atom:
Kapag ang isang electron ay gumagalaw mula sa orbit m patungo sa orbit n, isang dami ng enerhiya ang ilalabas alinsunod sa formula (3)
Kaya ang dalas ng parang multo na linya
Sa spectroscopy, kadalasang ginagamit ang mga wave number. Pagkatapos
Para sa hydrogen (Z = 1), ang formula (7) ay kumukuha ng anyo:
at tumutugma sa pangkalahatang Balmer formula (1), na natagpuan sa empirically para sa mga wave number ng spectral na linya ng hydrogen atom. Mula sa mga pormula (1) at (8) sinusundan iyon
Ang halagang ito ay kasabay ng eksperimento na tinutukoy na halaga ng pare-parehong Rydberg.
Ang Figure 1 ay nagpapakita ng isang diagram ng mga antas ng enerhiya at tatlong serye ng mga parang multo na linya ng hydrogen atom.
Ang mga paglipat mula sa mas mataas na antas hanggang sa n = 1 na antas ay tumutugma sa radiation mula sa ultraviolet Lyman series (I), kung saan mula sa formula (8) ay nakukuha natin:
Kung saan ang m = 2, 3, 4, ...
Ang mga paglipat mula sa mas mataas na antas patungo sa n = 2 na antas ay tumutugma sa radiation mula sa nakikitang serye ng Balmer (II):
Kung saan ang m = 3, 4, 5, ...
Ang mga paglipat mula sa mas mataas na antas patungo sa antas n = 3 ay tumutugma sa radiation ng infrared na serye ng Paschen (III):
Kung saan ang m = 4, 5, 6, .…
Kapag ang isang atom ay sumisipsip ng liwanag, ang mga electron ay lumilipat mula sa mas mababang antas patungo sa mas mataas. Sa kasong ito, ang atom ay pumasa mula sa ground state patungo sa nasasabik.
Ang teorya ni Bohr ay nailalarawan sa pamamagitan ng panloob na lohikal na hindi pagkakapare-pareho, kaya hindi ito maaaring maging isang pare-parehong kumpletong teorya ng atomic phenomena. Sa kasalukuyan, ang spectra ng mga atomo at molekula ay ipinaliwanag sa loob ng balangkas ng quantum mechanics.
Ang diskarte sa paglalarawan ng estado ng mga microparticle sa quantum mechanics ay sa panimula ay naiiba mula sa klasiko. Hindi ito nagpapahintulot sa amin na malinaw na matukoy ang posisyon ng particle sa kalawakan at ang tilapon nito, tulad ng ginagawa sa mga klasikal na mekanika, dahil sa microworld ang mga konseptong ito ay nawawalan ng kahulugan, ngunit hinuhulaan lamang: kung ano ang posibilidad na ang particle na ito ay maaaring makita sa iba't ibang paraan. mga punto sa kalawakan. Samakatuwid, ang quantum mechanics ay likas na istatistika.
Ang batayan ng mathematical apparatus ng quantum mechanics ay ang pahayag na ang paglalarawan ng estado ng system ay isinasagawa ng isang tiyak na function ng mga coordinate at oras Y, na nagpapakilala sa estado na ito. Ang function na ito ay tinatawag na wave function. Hindi ang wave function mismo ang may pisikal na kahulugan, ngunit ang parisukat ng modulus nito, na tumutukoy sa probabilidad dw ng pag-detect ng isang bagay (microarticle) sa isang volume element dV. Kung ang Y-function ay normalized, pagkatapos dw = |Y| 2 dV (9)
Alamin natin ang mga katangian ng wave function. Sa pagtingin sa sinabi sa itaas tungkol sa pisikal na kahulugan ng |Y| 2 wave function, Y dapat ay:
1. pangwakas, dahil ang posibilidad ay hindi maaaring mas malaki sa isa;
2. hindi malabo;
3. tuloy-tuloy, dahil ang posibilidad ay hindi maaaring magbago ng biglaan.
Kaya, upang ilarawan ang estado ng isang sistema sa quantum mechanics, kailangang malaman ang wave function ng system na ito. Ito ay matatagpuan mula sa Schrödinger equation, na siyang pangunahing equation sa non-relativistic quantum mechanics. Ang equation na ito ay hindi hinango, ngunit postulated batay sa mga pangkalahatang pagsasaalang-alang. Ang bisa nito ay napatunayan sa pamamagitan ng pagkakataon ng mga teoretikal na resulta na nakuha mula dito sa mga eksperimentong katotohanan. Sa pangkalahatan, ang Schrödinger equation ay may sumusunod na anyo:
Dito m- masa ng butil, U- pag-andar ng mga coordinate at oras, katumbas ng potensyal na field ng puwersa na kinuha gamit ang kabaligtaran na tanda, i- haka-haka na yunit, - Laplace operator, .
Kung ang patlang ng puwersa kung saan matatagpuan ang butil ay nakatigil (hindi nakasalalay sa oras), kung gayon ang potensyal U ay hindi nakasalalay sa oras at tumatagal sa kahulugan ng potensyal na enerhiya ng particle na pinag-uusapan sa isang panlabas na patlang ng puwersa. Sa kasong ito, ang Y ay maaaring katawanin bilang isang produkto ng dalawang function, ang isa ay nakasalalay lamang sa mga coordinate, at ang isa ay nasa oras lamang.
Dito E- ang kabuuang enerhiya ng particle, na sa kaso ng isang nakatigil na patlang ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon.
Pagkatapos palitan ang expression na ito sa equation (10) para sa function y(x,y,z) ang sumusunod na equation ay nakuha:
na tinatawag na Schrödinger equation para sa mga nakatigil na estado.
Isaalang-alang natin ang hydrogen atom mula sa punto ng view ng quantum mechanics. Ipalit natin ang halaga ng potensyal na enerhiya ng isang electron sa nuclear field sa nakatigil na Schrödinger equation:
Ang equation (11) sa kasong ito ay nasa anyo:
Dahil ang larangan ng nucleus ng isang hydrogen atom ay may spherical symmetry, ipinapayong lutasin ang equation na ito sa isang spherical coordinate system. (r, j, Q). Ang solusyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng paraan ng paghihiwalay ng mga variable, na kumakatawan sa wave function bilang isang produkto ng dalawang function, ang isa ay nakasalalay lamang sa r, at ang pangalawa lamang mula sa mga angular na coordinate j , Q.
y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)
Sa representasyong ito, ang posibilidad ng isang particle na may mga coordinate na halaga sa hanay mula sa r dati r+dr tinutukoy ng parisukat |rR| 2.
Ang paglutas ng Schrödinger equation (12) ay humahantong sa mga sumusunod na pangunahing resulta.
1. Ang hydrogen electron ay may discrete energy spectrum. Ang mga eigenvalue ng enerhiya ay tinutukoy ng expression:
saan n- principal quantum number na kumukuha ng anumang positive integer value ( n = 1, 2, 3, ...).
2. Orbital angular momentum ng isang electron L maaari lamang kunin ang mga sumusunod na hiwalay na serye ng mga halaga:
saan l- orbital (azimuthal) quantum number. Maaari itong kumuha ng anumang halaga mula sa sumusunod: l= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - mga n value lang. Kundisyon na may l= 0 ay karaniwang tinatawag na s - estado, na may l = 1 – R- kondisyon, c l= 2 – d-estado, na may l = 3 – f- kondisyon, atbp.
3. Ang orbital angular momentum ay maaaring i-orient kaugnay sa isang pisikal na piniling direksyon sa espasyo (z) lamang sa paraang ang projection nito sa direksyong ito ay isang multiple ng , samakatuwid
m- tinatawag na magnetic quantum number. Maaari itong tumagal ng mga sumusunod na halaga:
m=0, ±1, ±2, … , ± l– kabuuan (2 l+ 1) mga halaga.
Kaya, ang estado ng isang electron sa isang hydrogen atom ay tinutukoy ng tatlong quantum number - ang pangunahing n, na tumutukoy sa enerhiya ng estado E n; azimuthal l, na nagpapakilala sa angular na momentum ng elektron L, at magnetic m, na tumutukoy sa oryentasyon L kaugnay sa napiling direksyon sa espasyo. Ang mga estado ay inilarawan sa pamamagitan ng kanilang sariling mga function ng wave Yn, l, m na mga solusyon sa Schrödinger equation (18).
Ang Schrödinger equation ay hindi relativistic. Ang pagsasaalang-alang ng mga relativistic effect (Dirac equation) ay humahantong sa pagkakaroon ng sariling angular momentum ng electron - spin, na tinutukoy ng quantum number s, katumbas ng 1/2:
Ang projection ng spin papunta sa napiling direksyon z ay maaaring tumagal ng 2s + 1= 2 magkaibang value:
nasaan ang quantum number ng electron spin projection. Isinasaalang-alang ang pag-ikot, ang estado ng isang electron sa isang atom ay nailalarawan sa pamamagitan ng apat na quantum number: sa mga quantum number n, l, m dapat idagdag ang spin quantum number MS.
Tandaan na ang discreteness ng mga pisikal na dami, katangian ng mga phenomena ng atomic world, sa quantum mechanics ay natural na sumusunod mula sa solusyon ng Schrödinger (Dirac) equation, habang sa teorya ni Bohr kailangan itong ipakilala gamit ang mga karagdagang kondisyon ng isang makabuluhang hindi- klasikal na kalikasan.