Newsflash
Newsflash vă întrerupe programul TV preferat. „A existat o reținere la Prima Bancă Națională. Suspectul a fugit într-o mașină și se crede că se află undeva în cartierul din centrul orașului. Toată lumea este rugată să fie în alertă.” Jefuitorul poate fi localizat doar într-o anumită zonă – poliția nu are o locație exactă, ci doar o idee generală cu privire la locul unde se află hoțul.
În 1926, Fizicianul austriac Erwin Schrödinger (1887–1961) a folosit dualitatea undă-particulă a electronului pentru a dezvolta și rezolva o ecuație matematică complexă care a descris cu exactitate comportamentul electronului într-un atom de hidrogen. Modelul mecanic cuantic al atomului provine din soluție la ecuația lui Schrödinger. Cuantificarea energiilor electronilor este o cerință pentru a rezolva ecuația. Acest lucru este diferit de modelul Bohr, în care cuantificarea a fost pur și simplu presupusă fără nicio bază matematică.
Reamintim că în modelul Bohr, calea exactă a electronului a fost limitată la orbite circulare foarte bine definite în jurul nucleului. Modelul mecanic cuantic este o abatere radicală de la acesta. Soluțiile la ecuația undei Schrödinger, numite funcții de undă, dau doar probabilitatea de a găsi un electron la un punct dat în jurul nucleului. Electronii nu călătoresc în jurul nucleului pe orbite circulare simple.
Figura 1. O nor de electroni: regiunea mai întunecată din apropierea nucleului indică o probabilitate mare de a găsi electronul, în timp ce regiunea mai ușoară aflată mai departe de nucleu indică o probabilitate mai mică de a găsi electronul.
Localizarea electronilor în modelul mecanic cuantic al atomului este adesea denumită un nor de electroni. Norul de electroni poate fi gândit în felul următor: Imaginați-vă plasând o bucată de hârtie pătrată pe podea cu un punct în cercul care reprezintă nucleul. Acum, luați un marker și aruncați-l pe hârtie în mod repetat, făcând mici semne în fiecare punct pe care îl lovește markerul. Dacă lăsați marcatorul de multe, de multe ori, modelul general al punctelor va fi aproximativ circular. Dacă țintiți spre centru în mod rezonabil de bine, vor exista mai multe puncte lângă nucleu și progresiv mai puține puncte pe măsură ce vă îndepărtați de acesta. Fiecare punct reprezintă o locație în care ar putea fi electronul la un moment dat. Din cauza principiului incertitudinii, nu există nicio modalitate de a ști exact unde este electronul. Un nor de electroni are densități variabile: o densitate ridicată unde este cel mai probabil să fie electronul și o densitate scăzută unde electronul este cel mai puțin probabil (Figura 1).
Pentru a defini în mod specific forma în nor, este obișnuit să se facă referire la regiunea spațiului în care există o probabilitate de 90% de a găsi electronul. Aceasta se numește orbital, regiunea tridimensională a spațiului care indică unde există o mare probabilitate de a găsi un electron.
Rezumat
- Unda Schrödinger ecuația a înlocuit ideile lui Bohr despre localizarea electronilor cu un factor de incertitudine.
- Locația electronului poate fi dată doar ca probabilitate ca electronul să fie undeva într-o anumită zonă.
Practică
Utilizați linkul de mai jos pentru a răspunde la următoarele întrebări:
http://science.howstuffworks.com/atom8.htm
- Care a fost o problemă cu modelul Bohr al atomului?
- Ce a arătat Heisenberg despre electroni?
- Ce a derivat Schrödinger?
Revizuire
- Ce necesită vederea mecanică cuantică a atomului?
- Ce este o funcție de undă?
- Ce sugerează un nor de electroni de înaltă densitate?
Glosar
- nor de electroni: locația electroni din model mecanic cuantic al atomului.
- orbital: regiunea tridimensională a spațiului care indică unde există o mare probabilitate de a găsi un electron.
- model mecanic cuantic: un model de atomul care derivă din ecuația undei Schrödinger și se ocupă de probabilități.
- funcția de undă: dați doar probabilitatea de a găsi un electron într-un punct dat în jurul nucleului.
