30 220 subscribers

Чем интересна модель атома Шрёдингера? Просто и понятно!

1,3k full reads

Все хорошо помнят, что существует модель атома по Резерфорду. Именно это сохраняется в голове после уроков физики. Да и модель-то простая - в центре ядро, которое ассоциируется с солнцем, а вокруг ядра вращаются планеты-электроны. Получается красиво и интересно.

Атом Резерфорда
Атом Резерфорда

Вот только наука пришла к выводу, что модель это похожая на правду, но точно не исчерпывающая. Кроме того, многие современные наработки ну никак не сходятся с рядом положений по Резерфорду.

Одним из самых популярных противоречий является факт того, что по здравой логике электрон, вращаясь вокруг ядра атома, должен рано или поздно упасть на само ядро. Но этого, конечно же, не происходит.

Помимо этого аспекта есть и ряд более сложных проблем. Скажем, предположения о корпускулярно-волновом дуализме поставили модель Резерфорда в сложное положение.

Особенности модели Шрёдингера

Собрались все. И Шрёдингер, и его кот
Собрались все. И Шрёдингер, и его кот

Между тем, помимо хорошо запоминающейся модели атома по Резерфорду, есть и ещё некоторые модели. Более устаревшие мы рассматривать не будем, а вот одну из относительно современных изучим. Речь идёт про модель атома Шрёдингера. Оказывается, этот парень занимался не только рассуждениями о поведении кота в ящике :)

Само собой, что там где Шрёдингер, там и квантовая физика. Атомная модель по Шрёдингеру называют также квантово-механической моделью атома.

Модель Шредингера
Модель Шредингера

Не совсем справедливо называть эту модель только именем Шрёдингера, ведь в литературе она часто обозначается как модель Шредингера-Бройля-Бора-Резерфорда. Почему так? Да, в общем-то, если вы узнали все эти фамилии в списке, то вы поняли, что каждый из этих ученых высказал предположение о той или иной конструкции атома, а логика частично вошла в модель Шрёдингера.

Модель Шрёдингера отличалась от модели Резерфорда по своей сути только тем, что нужно было как-то увязать логику корпускулярно-волнового дуализма и поведение электрона. Поэтому, в 1923 году Шрёдингер высказывает предположение, что да, дедушка Резерфорд дескать прав, но электронное облако - это не совсем-таки пересекающиеся треки частиц, а сам электрон является волной, которая проявляет свойства частицы.

Эволюция модели: слева Резерфорд - справа Шредингер
Эволюция модели: слева Резерфорд - справа Шредингер

Это предположение исключало ряд обнаруженных в модели Резерфорда противоречий.

Теперь электрон описывался не как частица, как мы это привыкли видеть ранее и воспринимать (ибо так проще и понятнее), которая похожа на теннисный мячик, а как волна.

По представлениям Шрёдингера, вокруг ядра атома существует электронное облако, где электроны могут быть описаны как стоячая волна с вероятностным её расположением.

Стоячая волна
Стоячая волна

Про стоячую волну мы как-то уже беседовали на канале и тут самый простой способ представить себе такую волну - это взять гитарную струну, зафиксированную с двух сторон и посмотреть на её колебания. Такая энергия не несёт энергии в пространстве, а является локализованным колебанием. Вероятно, электрон и есть такое локализованное колебание.

Принципиальные отличия модели Шрёдингера

Электронное облако превратилось в сугубо энергетическую субстанцию, где сам электрон, имеющий волновую природу со свойствами, характерными для частицы, мог появиться в той или иной точке или, что звучит страшно, в нескольких точках одновременно. При размышлениях Шрёдингер опирался на щелевой эксперимент Юнга.

0_о
0_о

В общем-то, Шредингер разработал ещё и уравнение (та жуткая этажерка) для расчета вероятности того, что электрон окажется именно в определенной позиции.

Электроны теперь не движутся по простым круговым орбитам вокруг ядра.

Для простоты восприятия давайте кратко перечислим постулаты атомной модели по Шредингеру. Все они касаются именно электронов. Само ядро атома Шредингера не заинтересовало. Но, кстати говоря, на момент работы над этой моделью ещё не было понимания, что в ядре есть нейтроны. Представления о них появилось в 1932 году.

Итак, чему учил котолюбитель:

  • Электроны ведут себя как стоячие волны, а их распределение в пространстве описывается волновой функцией
  • Никаких орбиталей у электронов нет, зато есть зоны, где веротянее всего электрон появится. Ну а посчитать это можно через волновую функцию.

Эти нехитрые постулаты объяснили множество свойство. Например, пресловутую периодичность в характеристики некоторых процессов.

Между тем, к недоработкам модели Шрёдингера можно отнести тот факт, что модель не рассматривает спин электронов. Ведь спин сейчас считается одной из самых важных характеристик любой частицы. Не учитываются и влияния релятивистских эффектов. Релятивистскими эффектами называются явления, связанные со скоростями движения тел, сравнимыми со скоростью света. К ним, например, можно отнести эффект увеличения массы электрона при увеличении его скорости.

Пожалуйста, подпишитесь и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для существования канала! Виноват ДЗЕН...

Присоединяйся к моей телеге и читай лучшее на бусти проекта!

Статьи по теме на канале:

Ещё кое-что полезное:

  • Путеводитель по научно-популярным каналам ДЗЕНа: смотрите здесь
  • Каталог публикаций моего канала с рубриками есть тут