النموذج الذري لشرودنجر: الخصائص ، المسلمات
تم تطوير النموذج الذري لشرودنغر بواسطة إيروين شرودنجر في عام 1926. ويعرف هذا الاقتراح باسم النموذج الميكانيكي الكمومي للذرة ، ويصف السلوك غير التموجي للإلكترون.
لهذا ، اعتمد الفيزيائي النمساوي البارز على فرضية برولي ، التي ذكرت أن كل جسيم في الحركة يرتبط بموجة ويمكن أن يتصرف على هذا النحو.
اقترح شرودنجر أن حركة الإلكترونات في الذرة تقابل ثنائية الجسيمات الموجية ، وبالتالي ، يمكن تعبئة الإلكترونات حول النواة كموجات دائمة.
قام شرودنجر ، الذي حصل على جائزة نوبل عام 1933 لإسهاماته في النظرية الذرية ، بتطوير معادلة متجانسة لحساب احتمال وجود إلكترون في موقع محدد.
خصائص نموذج Schrödinger الذري
- يصف حركة الإلكترونات بأنها موجات دائمة.
- تتحرك الإلكترونات باستمرار ، أي أنها ليست لها موضع ثابت أو محدد داخل الذرة.
- لا يتنبأ هذا النموذج بموقع الإلكترون ولا يصف المسار الذي يسلكه داخل الذرة. يحدد فقط منطقة احتمالية لتحديد موقع الإلكترون.
- هذه المناطق من الاحتمال تسمى المدارات الذرية. تصف المدارات حركة ترجمة حول نواة الذرة.
- لهذه المدارات الذرية مستويات مختلفة ومستويات فرعية من الطاقة ، ويمكن تعريفها بين السحب الإلكترونية.
- لا يفكر النموذج في استقرار النواة ، إنه يشير فقط إلى شرح ميكانيكا الكم المرتبطة بحركة الإلكترونات داخل الذرة.
تجربة
يعتمد النموذج الذري لـ Schrödinger على فرضية Broglie ، وعلى النماذج الذرية السابقة لـ Bohr و Sommerfeld.
لهذا ، اعتمد شرودنجر على تجربة يونغ ، وبناءً على ملاحظاته الخاصة ، طور التعبير الرياضي الذي يحمل اسمه.
بعد الأسس العلمية لهذا النموذج الذري:
تجربة يونغ: أول دليل على ازدواجية موجة الجسيمات
يمكن إظهار فرضية Broglie حول الطبيعة غير الممهدة والجسيمية للمادة من خلال تجربة الشباب ، والمعروفة أيضًا باسم التجربة ذات الشق المزدوج.
وضع العالم الإنجليزي توماس يونغ أسس النموذج الذري لشرودنغر في عام 1801 عندما أجرى التجربة للتحقق من طبيعة موجة الضوء.
خلال تجربته ، قام يانج بتقسيم انبعاث شعاع الضوء الذي يمر عبر ثقب صغير من خلال غرفة المراقبة. يتم تحقيق هذا التقسيم من خلال استخدام بطاقة 0.2 مم ، تقع بالتوازي مع الحزمة.
تم تصميم التجربة بحيث تكون حزمة الضوء أوسع من البطاقة ، وبالتالي ، عند وضع البطاقة بشكل أفقي ، تم تقسيم الحزمة إلى قسمين متساويين تقريبًا. تم إخراج ناتج الضوء بواسطة مرآة.
ضرب عوارض الضوء جدارًا في غرفة مظلمة. كان هناك نمط من التداخل بين الأمواج واضح ، حيث ثبت أن الضوء يمكن أن يتصرف بقدر الجسيم مثل الموجة.
بعد قرن من الزمان ، عزز ألبرت أينشتن الفكرة من خلال مبادئ ميكانيكا الكم.
معادلة شرودنجر
طور شرودنجر نموذجين رياضيين ، يميزان ما يحدث اعتمادًا على ما إذا كانت الحالة الكمية تتغير مع مرور الوقت أم لا.
فيما يتعلق بالتحليل الذري ، نشر شرودنغر في نهاية عام 1926 معادلة شرودنجر بشكل مستقل عن الزمن ، والتي تستند إلى وظائف الموجة تتصرف كموجات دائمة.
هذا يعني أن الموجة لا تتحرك ، فإن عقدها ، أي نقاط توازنها ، تكون بمثابة محور لبقية الهيكل للتنقل حولها ، موصوفة تردد وسعة معيّنة.
عرّف شرودنجر الأمواج التي تصف الإلكترونات بأنها حالات ثابتة أو مدارية ، وترتبط بدورها بمستويات طاقة مختلفة.
معادلة Schrödinger مستقلة عن الوقت كما يلي:
حيث:
E : ثابت التناسب.
wave: وظيفة الموجة للنظام الكم.
Η: مشغل هاميلتون.
يتم استخدام معادلة شرودنجر المستقلة عن الوقت عندما لا يعتمد المعنى الذي يمثل الطاقة الكلية للنظام ، والمعروف باسم مشغل هاميلتون ، على الوقت. ومع ذلك ، فإن الوظيفة التي تصف الحركة الكلية للموجة تعتمد دائمًا على الوقت.
تشير معادلة Schrödinger إلى أنه إذا كانت لدينا دالة موجية Ψ ، وكان عامل التشغيل Hamiltonian يعمل عليها ، فإن ثابت التناسب E يمثل الطاقة الكلية للنظام الكمومي في إحدى حالاته الثابتة.
بالتطبيق على النموذج الذري لشرودنغر ، إذا كان الإلكترون يتحرك في فضاء محدد ، فهناك قيم طاقة منفصلة ، وإذا تحرك الإلكترون بحرية في الفضاء ، فهناك فواصل زمنية متواصلة للطاقة.
من وجهة النظر الرياضية ، هناك العديد من الحلول لمعادلة شرودنجر ، كل حل ينطوي على قيمة مختلفة لثبات التناسب E.
وفقًا لمبدأ عدم اليقين في Heisenberg ، لا يمكن تقدير موضع أو طاقة الإلكترون. وبالتالي ، يدرك العلماء أن تقدير موقع الإلكترون داخل الذرة غير دقيق.
المسلمات
مسلمات النموذج الذري لشرودنجر هي:
- تتصرف الإلكترونات كموجات دائمة موزعة في الفضاء وفقًا لوظيفة الموجة wave.
تتحرك الإلكترونات داخل الذرة في وصف المدارات. هذه هي المناطق التي يكون فيها احتمال العثور على إلكترون أعلى بكثير. الاحتمال المشار إليه يتناسب مع مربع دالة الموجة Ψ2.
يوضح التكوين الإلكتروني لنموذج Schrödinguer الذري الخصائص الدورية للذرات والروابط التي تشكلها.
ومع ذلك ، فإن نموذج Schrödinger الذري لا يفكر في دوران الإلكترونات ، كما أنه لا يفكر في اختلافات سلوك الإلكترون السريع بسبب الآثار النسبية.
المواد المثيرة للاهتمام
النموذج الذري لبرولي.
النموذج الذري لتشادويك.
النموذج الذري لهيسنبرغ.
النموذج الذري لبيرين.
النموذج الذري لطومسون.
النموذج الذري لدالتون.
النموذج الذري لديراك الأردن.
النموذج الذري للديموقريطس.
النموذج الذري لبهر.
