Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Атомы, молекулы и вещество в квантовой теории

Различные вещества по-разному могут ослаблять интенсивность ионизирующих излучений. Процесс взаимодействия вещества и излучений носит сложный характер. Физическую картину ослабления интенсивности излучении объясняет квантовая теория.

Вещество в квантовой теории взаимодействия

Изучение процессов взаимодействия вещества и излучения представляет в физике один из самых важных вопросов получения информации об окружающем мире. Наиболее простым способом регистрации электромагнитного излучения является зрение, позволяющее делать определенные заключения о предметах, их размере, цвете, форме и т.д.

Замечание 1

Такие явления, как отражение, дифракция, преломление, поляризация электромагнитного излучения, и рассеяние, наблюдаемые в процессе взаимодействия с веществом, обусловлены в природе волновым характером излучения.

Другие явления, такие, как например, фотоэлектрический эффект, требуют определенного состава у излучения (из частиц - фотонов). Признание учеными этого факта стало одним из первых свидетельств в пользу теории квантов, развившейся в современную квантовую механику.

Оптические и спектральные исследования представляют собой важнейшие способы изучения энергетического строения веществ в состояниях:

  • газообразном;
  • жидком;
  • твердом.

Вследствие проведения спектральных исследований кристаллов, играющих значимую роль в технике, науке и промышленности, становится возможным определение строения составляющих их частиц, а также связей между частицами в кристаллах разного типа.

Именно такие факторы будут определяющими для свойств кристаллов и возможности применения их в разных целях. Поэтому очень важно получить максимально полную картину спектральных особенностей кристаллов ряда важнейших химических соединений.

Передача энергии (соответственно представлениям квантовой теории) при взаимодействии вещества и излучения осуществляется не непрерывно во времени, а прерывисто, то есть отдельными целыми порциями. Такие порции-кванты лучистой энергии называются также световыми фотонами и квантами.

«Атомы, молекулы и вещество в квантовой теории» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов
Найти

Энергия световых квантов очень незначительная. Так, простая электрическая лампочка, например, способна излучать около 10 квантов в секунду. По этой причине человеческий глаз не в состоянии ощущать мерцание отдельных квантов, а воспринимает свет как явление непрерывное.

Волновые свойства света, таким образом, представляют статистическое явление, возникающее вследствие суммарного воздействия огромного количества ничтожно малых световых квантов.

Молекула в квантовой теории

Молекула возникает вследствие химической связи между атомами. Такие связи становятся результатом взаимодействия валентных (внешних) электронов атомов. В молекулах наиболее часто встречаются два типа связи:

  • ионная (гетерополярная);
  • гомеополярная (ковалентная).

Часто гетерополярная связь достаточно прочная и обеспечивает устойчивые молекулы. На границах разлома у кристаллов с гетерополярной связью могут возникать два ионных монослоя с противоположным знаком. Между этими слоями генерируются колоссальные электрические поля высокой напряженности. Такие поля способствуют возникновению фотонов и электронов с очень высокими энергиями.

Ковалентную связь можно объяснить принципом неразличимости тождественных частиц, приводящим к обменному взаимодействию. Суть такого взаимодействия заключается в том, что спаренные электроны некоторое время находятся у обоих ядер, их волновые функции при этом перекрываются и наблюдается связь атомов в молекуле.

При параллельности спинов электронов, перекрывание волновых функций (по принципу Паули) становится невозможным, атомы будут отталкиваться и молекула не образуется. При антипараллельности спинов электронов, перекрывание волновых функций будет энергетически выгодным, что провоцирует образование устойчивой молекулы.

Энергетические уровни молекул – более сложные, в сравнении с атомами. Помимо движения электронов относительно ядра атома, в молекулах присутствуют колебания атомов относительно положения равновесия и вращения молекулы как целого. Каждому из таких видов движения будут соответствовать свои уровни энергии. В первом приближении такие виды молекулярных движений могут считаться независимыми друг от друга. Полную энергию молекулы поэтому можно представить как сумму электронной энергии, колебательной и вращательной:

Полная энергия молекулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 1. Полная энергия молекулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Каждая из данных энергий подвергается квантованию, принимая дискретные значения. Уровни электронного молекулярного возбуждения аналогичны уровням электронного возбуждения атомов. В то же время, уровни колебательного возбуждения, приближенные к равновесному состоянию, можно описать с помощью модели квантового осциллятора:

Модель квантового осциллятора.  Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Модель квантового осциллятора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Атом в квантовой теории

Определение 1

Квантовая теория строения атомов представляет раздел в квантовой механике, который объясняет разнообразие свойств мельчайших частиц веществ. Основоположниками данной теории являются: Э. Шредингер, Л. де Бройль, В. Гейзенберг, продемонстрировавшие в своих экспериментальных исследованиях наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма.

Эти свойства заключаются в следующем:

  • корпускулярно-волновой дуализм природы элементарных частиц;
  • волновые характеристики представляют собой разные проявления единого материального образования;
  • согласно исследованиям Л. де Бройля, квантово-механическая природа свойственна всем видам материи.
  • классическая механика исключает вероятность дифракции нейтрона, электрона, протона.

В рамках объяснения классической физики траектория давала возможность описания пути в виде линии. Частицы в современном атомизме не имеют траекторию: можно только указать область пространства, в котором существует определенная степень вероятности обнаружить частицу.

Воспользуйся нейросетью от Автор24
Не понимаешь, как писать работу?
Попробовать ИИ
Дата последнего обновления статьи: 29.01.2024
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot