Справочник от Автор24
Найди автора для помощи в учебе
Найти автора
+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 автора по теме работы
Найти автора
Скидки на первый заказ
Все промокоды
Собрали более 72 000 авторов учебных работ
Найти автора

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.

Дата последнего обновления статьи: 29.01.2025
Не знаешь, как приступить к заданию?
За 5 минут найдем эксперта и проконсультируем по заданию. Переходи в бота и получи скидку 500 ₽ на первый заказ.
Запустить бота
Нужна помощь с заданием?

Эксперт возьмёт заказ за 5 мин, 400 000 проверенных авторов помогут сдать работу в срок. Гарантия 20 дней, поможем начать и проконсультируем в Telegram-боте Автор24.

Перейти в Telegram Bot