Почему у электронов нет траектории | От орбит к орбиталям

Электрон не имеет траектории, потому что принцип неопределенности Гейзенберга (1927) запрещает когда-либо знать его положение и импульс одновременно в один и тот же момент времени — а траектория означает именно такое совпадение в каждый момент времени. На его место приходит орбиталь: волновая функция, квадрат которой дает плотность электрона, форму, в которой электрон, вероятно, будет находиться. ПРАВИЛА • Принцип неопределенности Гейзенберга: (Δx)(Δp) ≥ h/4π — неопределенность в положении, умноженная на неопределенность в импульсе, всегда не менее чем постоянной Планка (h = 6,626 × 10⁻³⁴ Дж·с), деленной на 4π. Ни одна из неопределенностей не может быть сведена к нулю без увеличения другой, даже в принципе. • Уравнение Шрёдингера (1926) не описывает траекторию. Оно дает волновые функции — Ψ — для энергий, которые может иметь электрон. • Орбиталь — это волновая функция Ψ. Возведите её в квадрат, и вы получите плотность электронов: относительную вероятность обнаружения электрона в данной точке пространства. БЫСТРЫЕ ОТВЕТЫ Что такое принцип неопределенности Гейзенберга? Он гласит, что положение и импульс частицы никогда не могут быть одновременно известны точно, независимо от качества измерения — произведение двух неопределенностей всегда равно как минимум постоянной Планка, деленной на 4π. Вернер Гейзенберг показал это в 1927 году. Поскольку для определения траектории необходимо знать и то, и другое в каждый момент времени, этот принцип исключает возможность существования определенной траектории для любой частицы. Какова формула принципа неопределенности? (Δx)(Δp) ≥ h/4π, где Δx — неопределенность положения, Δp — неопределенность импульса, а h — постоянная Планка, 6,626 × 10⁻³⁴ Дж·с. Что такое уравнение Шрёдингера? Это уравнение, опубликованное Эрвином Шрёдингером в 1926 году, которое описывает, как ведет себя квантовое состояние системы. Оно не выдает траекторию — оно дает волновые функции, обозначаемые Ψ, для энергий, которые может иметь электрон. Что такое атомная орбиталь? Атомная орбиталь — это волновая функция Ψ электрона в атоме. Каждая орбиталь имеет характерную энергию, и возведение ее волновой функции в квадрат дает плотность электронов вокруг ядра. Что такое плотность электронов и как она связана с волновой функцией? Плотность электронов — это относительная вероятность обнаружения электрона в заданной точке пространства. Она определяется путем возведения в квадрат волновой функции орбитали, Ψ² — а не самой Ψ, которая сама по себе не является вероятностью. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ • Положение электрона известно с точностью до 5 × 10⁻¹¹ м. Перегруппировав (Δx)(Δp) ≥ h/4π для импульса, получаем Δp ≥ 1,05 × 10⁻²⁴ кг·м/с. Разделив на массу электрона (9,109 × 10⁻³¹ кг), получаем Δv ≈ 1,16 × 10⁶ м/с — примерно 15% от скорости 7,5 × 10⁶ м/с. Такое большое пятно рядом с измеряемым объектом — вот почему нет пути для построения. ГЛАВЫ 0:00 Введение: орбита, в последний раз 0:15 Принцип неопределенности Гейзенберга (1927) 0:48 Пример решения: неопределенность скорости электрона 1:30 Результат: около 15% скорости электрона 1:53 Уравнение Шрёдингера (1926): волновые функции, а не пути 2:08 Определение орбитали: круг исчез, на его месте облако 2:39 Краткий обзор 2:50 Далее: квантовые числа Это вступительное видео курса «Квантовая теория и структура атома». Подпишитесь на канал Chemistry Cool — далее: квантовые числа, обозначения каждой орбитали . Общая химия · Квантовая теория и структура атома