Back to chapter

7.9:

원자의 양자역학 모델

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
The Quantum-Mechanical Model of an Atom

Languages

Share

전자의 입자성과 파동성 그리고 더 나아가 그 위치와 속도는 보완적인 특성이라는 것을 상기해봅시다. 마찬가지로 운동에너지는 속도의 함수이므로 위치와 에너지도 보완적인 특성입니다. 따라서 에너지가 잘 정의된 전자의 경우 그 위치는 덜 정확하게 알려져 있습니다.대신 전자의 위치는 특정 에너지 상태의 전자를 찾을 확률을 지도화한 전자 확률 밀도로 설명됩니다. 이 표현에 따르면 전자는 원자의 핵에서 아주 멀리 떨어져 있는 것보다 핵에 더 가까이 있을 가능성이 높습니다. 전자의 에너지와 확률 분포는 전자의 파동성과 입자성을 모두 통합한 슈뢰딩거 방정식을 풀어서 수학적으로 도출한 것입니다.여기서 E는 전자의 실제 에너지이고 H는 수학적 연산자이며 프사이는 파동함수입니다. 슈뢰딩거 방정식을 풀면 많은 가능한 파동 함수를 얻을 수 있습니다. 전자 확률 밀도를 나타내는 것은 파동함수의 제곱인 프사이 제곱입니다.점의 밀도는 특정 위치에 전자가 위치하는 단위 부피 당 확률에 비례합니다. 원자의 핵으로부터의 거리 r에 관한 프사이 제곱의 플롯은 원자 안에서 전자가 존재할 가능성이 가장 높은 곳을 표시합니다. 프사이 제곱의 값이 클수록 전자를 발견할 확률이 높아집니다.다음의 그래프는 1개의 전자를 가진 수소의 확률 밀도를 나타냅니다. 특정 에너지를 가진 전자를 발견할 확률이 가장 높은 3차원 영역을 궤도라고 합니다. 궤도는 양자수의 값에 따라 구면에서부터 더 복잡한 모양까지 다양한 모양을 가지고 있습니다.이 궤도들은 처음에 보어가 자신의 원자 모형에서 설명한 궤도와 같지 않습니다. 보어의 모형에서 궤도는 양자화된 에너지 준위을 나타냅니다. 따라서 확률에 기초한 원자의 양자역학 모형은 원자 구조의 가장 현대적인 표현입니다.이 모형에서는 전자 확률 밀도를 핵을 둘러싼 전자의 구름’으로 묘사함으로써 원자에 대한 보다 정확한 표현을 제공합니다.

7.9:

원자의 양자역학 모델

드 브로글리가 수소 원자의 전자가 정량화된 원형 궤도에서 움직이는 입자 대신 원형 서파로 생각할 수 있다는 자신의 아이디어를 발표한 직후, 에르빈 슈뢰딩거는 현재 슈뢰딩거 방정식으로 알려진 것을 도출하여 드 브로글리의 작품을 확장했다. 슈뢰딩거가 수소와 같은 원자에 자신의 방정식을 적용했을 때, 그는 에너지에 대한 보어의 표현을 재현할 수 있었고, 따라서 수소 스펙트럼을 지배하는 Rydberg 공식을 재현할 수 있었습니다. Schrödinger는 전자를 그리스 문자 psi로 표현되는 3차원 고정 파동 또는 파기능으로 묘사했으며, ψ.

몇 년 후, 맥스 태어난 여전히 오늘날 허용되는 파장 ψ 해석을 제안 : 전자는 여전히 입자이며, 그래서 ψ 표현 파도는 물리적 파도가 아니라, 대신, 복잡한 확률 진폭이다. 파기능 의 크기의 사각형 â£ψâ£2 공간의 특정 위치 근처에 존재하는 양자 입자의 확률을 설명합니다. 이는 파동 기능을 사용하여 원자에서 핵에 대하여 전자밀도의 분포를 결정할 수 있다. 가장 일반적인 형태로 Schrödinger 방정식은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

Eq1

여기서, Ĥgt; 해밀턴 연산자, 양자 입자의 총 에너지 (전위 플러스 운동)를 나타내는 일련의 수학 작업 (예: 원자내 전자), ψ 입자를 찾는 확률의 특별한 분포를 찾아 내기 위해 사용될 수 있는 이 입자의 파동기능이며, E는 입자의 총 에너지의 실제 값이다.

슈뢰딩거의 작품뿐만 아니라 하이젠베르크와 다른 많은 과학자들이 그들의 발자취를 따르는 작품은 일반적으로 양자 역학이라고 합니다.

양자 기계 모델은 전자를 찾을 확률이 가장 높은 원자 내의 핵 주위의 3차원 공간으로 궤도를 설명합니다.

이 텍스트는 오픈 탁스, 화학 2e, 섹션 6.3 : 양자 이론의 개발에서 적응된다.