Электрон в атоме.

Электрон в атоме.  Отсутствие наглядной модели микрообъекта отнюдь не исключает возможности использования условных образов, вполне пригодных для представления микрообъекта в тех или иных условиях. В качестве примера рассмотрим электрон в атоме.

Напомним, что состояние электрона в атоме описывается набором квантовых чисел: n, l, m, σ. Данное состояние характеризуется определенной энергией, которая в частном случае атома водорода, зависит только от числа n, а в более общем случае – от чисел n и l. Электрон в атоме пространственно делокализован – его координаты имеют неопределенность порядка размеров атома. Обычно при рассмотрении электрона в атоме вводят представление о так называемом электронном облаке, которое можно интерпретировать в данном случае как условный образ электрона. Форма и эффективные размеры электронного облака зависят от квантовых чисел n, l, m и, следовательно, меняются от одного состояния электрона в атоме к другому.

Чтобы описать размеры и форму электронного облака, вводят некоторую функцию

u_nlm (r, θ, φ) = v_nl (r) Z_lm (θ, φ),

где r, θ, φ – сферические координаты электрона. Функцию u_nlm интерпретируют следующим образом: u_nlm (r, θ, φ) dV есть вероятность обнаружить в элементе объема dV вблизи точки (r, θ, φ) электрон, находящийся в состоянии с квантовыми числами n, l, m. Иначе говоря, u_nlm (r, θ, φ) имеет смысл соответствующей плотности вероятности обнаружения электрона. Напомним, что dV = r²drdΩ, где dΩ = sin θdθdφ – элемент телесного угла. Функция

w_nl (r) dr = v_nl (r) r² dr

есть, таким образом, вероятность обнаружить электрон с квантовыми числами n, l на расстояниях от ядра, попадающих в интервал значений от r до r + dr.

При l=0 (так называемый s-электрон) имеем сферическое электронное облако. При l=1 (р-электрон) имеем электронное облако либо в виде своеобразного веретена, либо в виде тороида, что зависит от квантового числа m. Итак, чтобы представить себе электрон в атоме, можно пользоваться в качестве условных образов моделями шара, веретена, тороида и т.д.

основное состояние атома водорода характеризуется сферическим электронным облаком. Теория показывает, что в этом случае

w_nl (r) = 4 r² / r₁³  exp (- 2r / r₁).

Характеризующий эффективный радиус облака параметр r₁ определяется соотношением r₁ = h² / me² ; в теории Бора он выступал как радиус пе5рвой орбиты.

В заключение заметим, что при квантовых переходах в атоме происходит не только изменение энергии, но и также «перестройка» электронных облаков – изменение их размеров и формы.

Join Us On Telegram @rubyskynews

Apply any time of year for Internships/ Scholarships