Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?овым числом /А/. Массовое число А равно целому числу, наиболее близкому по значению к атомной массе данного элемента Аэ;
зная заряд ядра и массовое число можно определить количество протонов в ядре:
Nn=АZ;
структура ядра атома может быть выражена следующей формулой:
Zp+(AZ)n
Например, структура ядра атома фтора /А=19, Z=9/ будет 9р+10n, т.е. в состав ядра атома фтора входит 9 протонов и 10 нейтронов. Так как заряд ядра /Z/ и массовое число /А/ являются количественной характеристикой атома любого элемента /Э/, то он ставятся в виде индексов возле символа данного элемента AZЭ, например для фтора 199F или для серебра 10847Ag.
Элементы, ядра атомов которых содержат одно и то же число протонов но различное количество нейтронов, названы изотопами, например, цинк /Z=30, A=64; 66; 67; 68;70/ имеет изотопы 6430Zn, 6630Zn, 6730Zn, 6830Zn, 7030Zn.
Атомы элементов, имеющие одинаковые массовые числа, но различные заряды ядер, названы изобарами, например: 4018Ar, 4019K, 4020Cr.
Химическим элементом называют вид атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.
Наряду с протонами и нейтронами в состав ядер атомов входят и другие элементарные частицы, например, мезон. /Мезоны в двести-триста раз тяжелее электрона/. Существует мнение, что мезоны обуславливают ядерные силы, которые приводят к образованию прочных и компактных ядер из протонов и нейтронов. Этот аспект рассматривается в курсе ядерной физики.
2.1.2. Двойственная природа электрона.
Электроны, как элементарные частицы, проявляют корпускулярно-волновой дуализм. Они являются частицами и проявляют волновые свойства.
Любая частица представляет собой сосредоточение вещества в малой части пространства. Следовательно, как частицы электроны обладают массой me и зарядом е.
Масса электрона me =9,11*1028г. /в 1837,11 раз меньше массы атома водорода/. Заряд электрона е=1,6*1019 Кл/ или 4,8*1010 эл.ст.ед./. Движение электрона как частицы должно характеризоваться, с одной стороны, траекторией, т.е. координатами и, с другой стороны, скоростью в данный момент времени.
Однако в движении электроны проявляют волновые свойства. Этот процесс происходит в объеме трехмерного пространства и развивается во времени, как периодический процесс. Характеристикой волны является длина волны, ее частота, скорость движения и амплитуда с определенным знаком. Следовательно, электронный поток характеризуется длиной волны l, которую можно оценить с помощью уравнения Луи де Бройля /1924г./:
l=h/mv
Здесь hпостоянная Планка /h=6,62*1034 Дж/, mмасса электрона, vскорость электрона.
Можно сказать, что уравнение де Бройля объединяет характеристику волнового процесса /l/ и корпускулярного движения /mvимпульс/. Волновая природа электронов подтверждена экспериментально полученной картиной интерференции и дифракции электронов.
Неопределенность в поведении электрона.
Поскольку электрон обладает волновыми свойствами, то его движение не может быть описано определенной траекторией. Траектория размывается, возникает область /полоса/ неопределенности, в пределах которой и находится электрон.
В связи с этим, для электрона, как микрочастицы, применим принцип /соотношение/ неопределенности Гейзенберга /1927/, который гласит, что в любой момент времени невозможно одновременно точно определить и положение электрона в пространстве /его координату/ и его скорость /импульс/, минимальная возможная неточность равна h.
Математически принцип неопределенности можно выразить так:
(Dpx)(Dx)=>h
Здесь Dpx неопределенность в величине импульса,
Dx неопределенность в положении частицы в пространстве,
h постоянная Планка.
Так как h величина постоянная, то из принципа неопределенности следует, что чем точнее будем определять импульс электрона / его скорость /, тем большую будем допускать ошибку в определении его координаты, т.е. местонахождения.
В соответствии с принципом неопределенности траекторию электрона нельзя рассматривать со строгой математической точностью, как боровскую орбиту, существует область неопределенности, в которой может двигаться электрон. Поэтому следует говорить только о вероятности того, что электрон в данный момент времени будет в данном месте пространства атома.
В квантовой механике имеют дело со статическими принципами и вероятностным характером поведения электронов. Область пространства атома, внутри которой существует наибольшая вероятность нахождения электрона, называется орбиталью.
2.1.3. Волновая функция и волновое уравнение.
Так как электронам присущи волновые свойства и они обладают неопределенностью положения в пространстве, их движение характеризуется при помощи волновой функции y и описывается волновым уравнением. Физический смысл волновой функции заключается в том, что ее квадрат y2 пропорционален вероятности нахождении электрона в элементарном объеме атома DV с координатами x, y, z.
Значение волновой функции находят при решении волнового уравнения Шредингера:
s2y/sx2 + s2y/sy2 + s2y/sz2 +8p2m/h2*(EU)y=0
В этом сложном дифференциальном уравнении с частными производными: Еполная энергия частицы, U потенциальная энергия, y волновая функция.
Волновая функция, получаемая при решении уравнения Шредингера, может иметь ряд значений. Эти значения зависят от квантовых параметров n, l, me, названных квантовыми числами
n
y l
me
В итоге значения квантовых чисел есть не что иное как результат решения уравнения Шредингера. Следовательно, при решении уравнения Шредингера получены з?/p>