25 | 05 | 2019
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3923
Просмотры материалов : 9608138

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 34 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Квантовая физика PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.01.2017 07:41

Квантовая физика

Глава 2 - Твердотельный Теория устройства


"Я думаю , что можно с уверенностью сказать , что никто не понимает квантовую механику" .

Физик Ричард Фейнман

Для того, чтобы сказать, что изобретение полупроводниковых приборов была революция не будет преувеличением. Мало того, что это впечатляющее технологическое достижение, но оно проложило путь развития событий, которые неизгладимо изменяющих современное общество. Полупроводниковые устройства стало возможным миниатюрных электроники, включая компьютеры, некоторые виды медицинского диагностического и лечебного оборудования, а также популярных телекоммуникационных устройств, чтобы назвать несколько применений этой технологии.

Но за этой революцией в технологии стоит еще большая революция в общей науке: области квантовой физики. Без этого скачка в понимании мира природы, развитие полупроводниковых приборов (и более продвинутых электронных устройств еще в стадии разработки) никогда бы не удалось. Квантовая физика невероятно сложная сфера науки. Эта глава лишь краткий обзор. Когда ученые калибра Фейнмана говорят, что "никто не понимает [его]", вы можете быть уверены, что это сложный вопрос. Без понимания основ квантовой физики, или, по крайней мере, понимание научных открытий, которые привели к ее формулировке, хотя, это невозможно понять, как и почему функции полупроводниковых электронных устройств. Большинство вводных электроники учебников я прочитал попытаться объяснить полупроводники с точки зрения "классической" физики, что приводит к большей путанице, чем понимания.

Многие из нас видели диаграммы атомов , которые выглядят как на рисунке ниже .




Резерфорда атом: отрицательные электроны на орбите небольшое положительное ядро.



Мельчайшие частицы материи называют протоны и нейтроны составляют центральную часть атома; электроны вращаются как планеты вокруг звезды. Ядро несет положительный электрический заряд, благодаря присутствию протонов (нейтроны не имеют электрического заряда бы то ни было), в то время как балансирование отрицательный заряд атома проживает в орбитальных электронов. Отрицательные электроны притягиваются к положительным протонов так же, как планеты гравитационно притягиваются Солнцем, но орбиты стабильны из-за движения электронов. Мы обязаны эту популярную модель атома к работе Эрнеста Резерфорда, который около 1911 года экспериментально установлено, что положительные заряды атомов 'были сосредоточены в крохотном, плотного ядра, а не распределена равномерно по диаметру, как это было предложено более ранним исследователем , Джей-Джей Томпсон.

Эксперимент по рассеянию Резерфорда участие бомбардировки тонкой золотой фольги с положительно заряженных альфа - частиц , как показано на рисунке ниже . Студенты Молодые аспиранты Х. Гейгера и Э. Марсдена испытал неожиданные результаты. Несколько Альфа-частицы отклонялись под большими углами. Несколько Альфа - частицы были обратного рассеяния, откатные почти на 180 °. Большинство частиц, прошедших через золотую фольгу выпрямляется до недеформированного, указывая, что фольга была в основном пустое пространство. Тот факт, что несколько альфа-частицы испытывали большие прогибы указывали на наличие мизерную положительно заряженного ядра.




Резерфорд рассеяния: пучок альфа - частиц рассеивается на тонкой золотой фольги.

Хотя атомная модель Резерфорда составили экспериментальные данные лучше, чем Томпсона, он до сих пор не было совершенным. Дальнейшие попытки определение атомной структуры были предприняты, и эти усилия помогли проложить путь для странных открытий квантовой физики. Сегодня наше понимание атома совсем немного сложнее. Тем не менее, несмотря на революцию квантовой физики и ее вклад в наше понимание строения атома, солнечной системы картина Резерфорда атома вкладывается себя в народном сознании до такой степени, что она продолжает существовать в некоторых областях исследования, даже если неуместны.

Рассмотрим это краткое описание электронов в атоме, взятой из популярного электронного учебника:

Орбитальные отрицательные электроны , поэтому привлекают к положительному ядра, что приводит нас к вопросу о том, почему электроны не летают в ядро атома. Ответ заключается в том , что орбитальные электроны остаются в их стабильной орбите из - за двух равных , но противоположных сил. Центробежный внешняя сила , действующая на электроны , так как орбиты противодействует привлекательный внутренний сила (центростремительной) , пытаясь вытащить электронов к ядру из-за разноименных зарядов.

В соответствии с моделью Резерфорда, автор ставит электроны как твердые куски материи занимаются по круговым орбитам, их внутреннее притяжение к противоположно заряженного ядра уравновешивается их движения. Ссылка на "центробежной силы" является технически неверно (даже для орбитальных планет), но легко простили из - за своего популярного признания: на самом деле, не существует такого понятия , как сила , толкающей любое орбитальную тело от его центра орбиты. Это кажется, что путь, потому что инерция тела стремится сохранить его путешествия по прямой линии, и так как орбита является постоянным отклонение (ускорение) от прямолинейного перемещения, существует постоянная инерциальной оппозиции к любой силе привлекает тело к орбите центр (центростремительных), будь то сила тяжести, электростатическое притяжение, или даже напряжение механической связи.

Реальная проблема с этим объяснением, однако, идея электронов, движущихся по круговым орбитам, в первую очередь. Это проверяемый факт, что ускоряющие электрические заряды испускают электромагнитное излучение, и этот факт был известен еще во времена Резерфорда. Так как круговое движение является формой ускорения (орбитальный объект в постоянном ускорении от нормального, прямолинейного движения), электроны в орбитальном состоянии должно быть сбросив излучение как грязь из прядильного шины. Электроны , ускоренные вокруг круговые траектории в ускорителях частиц называется синхротронов , как известно, сделать это, и результат называется синхротронного излучения. Если электроны теряют энергию таким образом, их орбиты в конечном счете распадаются бы, в результате столкновений с положительно заряженным ядром. Тем не менее, это обычно не происходит в течение атомов. Действительно, электрон "Орбиты" удивительно стабильны в широком диапазоне условий.

Кроме того, эксперименты с «возбужденных» атомов показали, что электромагнитная энергия, излучаемая атомом происходит только при определенных, определенных частотах. Атомы, которые «возбуждаются» внешних воздействий, таких как свет, как известно, поглощают эту энергию и вернуть ее в виде электромагнитных волн определенной частоты, как камертон, который не звонит при фиксированном поле, независимо от того, как он ударил. Когда свет, излучаемый возбужденным атомом разделен на составляющие его частоты (цвета) с помощью призмы, различные линии цвета появляются в спектре, картина спектральных линий, являющихся уникальными для данного элемента. Это явление обычно используется для идентификации атомных элементов, и даже измерить пропорции каждого элемента в соединении или химической смеси. В соответствии с солнечной системы атомной модели Резерфорда (относительно электронов, как куски свободным от материи на орбиту в любом радиусе) и законы классической физики, возбужденные атомы должны возвращать энергию в течение практически безграничном диапазоне частот, а не избранных. Другими словами, если модель Резерфорда были правильными, то не было бы никакого "Камертон" эффект, и свет излучается спектр любого атома представляется в виде непрерывной полосы цветов, а не как несколько отдельных линий.




Бора атом водорода (с орбитами выполнены в масштабе) позволяет только электроны населяют дискретных орбиталей. Электроны падают с п = 3,4,5 или 6 п = 2 счета для серии Бальмера спектральных линий.

Новаторская исследователь по имени Нильса Бора пытались улучшить модель Резерфорда после изучения в лаборатории Резерфорда в течение нескольких месяцев в 1912 г. Попытка согласовать результаты других физиков (в первую очередь, Макса Планка и Альберта Эйнштейна), Бор предположил, что каждый электрон имели определенное, конкретное количество энергии, и что их орбиты были квантуется таким образом, что каждый из них может занимать определенные места вокруг ядра, как и мраморы фиксировали в круговых дорожек вокруг ядра , а не на свободно пасущихся спутников каждый ранее были воображаемыми быть. (Рисунок выше ) В знак уважения к законам электромагнетизма и ускоряющих зарядов, Бор ссылался на эти «орбит» как стационарными состояниями , чтобы избежать подразумевается , что они находились в движении.

Хотя амбициозная попытка Бора на вновь обрамляющая структуру атома с точки зрения, которые согласились ближе к экспериментальным результатам явилось важной вехой в физике, она не была завершена. Его математический анализ производится лучше прогнозов экспериментальных событий , чем анализов , относящихся к предыдущим моделям, но все еще существуют некоторые оставшиеся без ответа вопросы о том, почему электроны должны вести себя в таких странным образом. Утверждение, что существуют электроны в стационарных, квантованных состояний вокруг ядра приходится на экспериментальных данных лучше, чем модели Резерфорда, но он понятия не имел, что бы заставить электроны проявляются те специфические состояния. Ответ на этот вопрос должен был прийти из другого физика Луи де Бройля, примерно через десять лет спустя.

Де Бройль предположил, что электроны, фотоны (частицы света) проявляется как частицеподобные и волновые свойства. Основываясь на этом предложении, он предположил, что анализ орбитальных электронов с точки зрения волновой, а не точки зрения частиц может иметь больше смысла своей квантовой природы. Действительно, был достигнут еще один прорыв в понимании.




Строка вибрирует на резонансной частоте между двумя неподвижными точками образует стоячей волны.

Атом в соответствии с де Бройля состояла из электронов , существующих стоячих волн, явление , хорошо известный физикам в различных формах. В качестве щипковых музыкального инструмента (рис выше ) вибрирует на резонансной частоте, с "узлами" и "пучности" на стабильных позициях вдоль своей длины. Де Бройля предполагал электронов вокруг атомов , стоящих в виде волн , закрученный вокруг круга , как на рисунке ниже .




"Орбита" электрон , как стоячей волны вокруг ядра, (а) два цикла на орбите, (б) три цикла на орбите.

Электроны только может существовать в определенных, определенных «орбит» вокруг ядра, потому что те были единственными расстояния, где волновые концы будут соответствовать. В любом другом радиусе, волна должна разрушительно мешать себе и, таким образом, прекращает свое существование.

Гипотеза де Бройля дал как математическое обеспечение и удобную физическую аналогию для учета квантованных состояний электронов внутри атома, но его модель атома была еще не закончена. В течение нескольких лет, хотя, физики Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер, работая независимо друг от друга, построена на концепции де Бройля материи-волнового дуализма, чтобы создать более математически строгих моделей субатомных частиц.


Этот теоретический прогресс от примитивной стоячей модели волны де Бройля для матрицы Гейзенберга и модели дифференциального уравнения Шредингера было дано название квантовой механики, и она представила довольно шокирующим характеристику в мир субатомных частиц: признака вероятности, или неопределенности. Согласно новой квантовой теории, невозможно было определить точное положение и точный импульс частицы в то же время. Популярное объяснение этого "принципа неопределенности" в том, что это была ошибка измерения (т.е., пытаясь точно измерить положение электрона, то вмешиваться в ее импульс и, следовательно, не может знать, что это было до того, как измерение положения было принято, и вице- Versa). Поразительный вывод квантовой механики является то , что частицы на самом деле не имеют точных положений и импульсов, а баланс двух величин в таким образом , что их совокупная неопределенность никогда не умаляет ниже определенного минимального значения.

Эта форма «неопределенности» отношений существует и в других, чем квантовой механики областях. Как уже говорилось в главе «Сигналы переменного тока смешанного частоты" во втором томе этой серии книг, есть взаимоисключающие отношения между достоверностью данных во временной области формы сигнала, и его данные в частотной области. Проще говоря, тем точнее мы знаем его составной частоты (ями), тем менее точно мы знаем его амплитуду во времени, и наоборот. Цитирую себя:

Форма сигнала бесконечной длительности (бесконечное число циклов) могут быть проанализированы с абсолютной точностью, но тем меньше циклов , доступных на компьютер для анализа, менее точный анализ. , , Чем меньше раз , что волна циклов, тем меньше некоторая его частота. Принимая эту концепцию своего логического предела, короткого импульса-формы сигнала , который даже не завершить цикл- на самом деле не имеет частоту, а действует как бесконечный диапазон частот. Этот принцип является общим для всех волновых явлений на основе, а не только переменного напряжения и тока.

Для того, чтобы точно определить амплитуду сигнала переменного, мы должны попробовать его на очень узкий промежуток времени. Однако, делая это ограничивает наше представление о частоте волны. С другой стороны, чтобы определить частоту волну с большой точностью, мы должны попробовать его в течение многих циклов, а это значит, мы теряем представление о его амплитуды в любой данный момент. Таким образом, мы не можем одновременно знать мгновенной амплитуды и общую частоту любой волны с неограниченной точностью. Незнакомец все же, эта неопределенность гораздо больше, чем неточностей наблюдателя; он находится в самой природе волны. Это не так , хотя это было бы возможно, принимая во внимание собственно технологии, чтобы получить точные измерения как мгновенной амплитуды и частоты одновременно. В буквальном смысле, волна не может иметь как точную, мгновенную амплитуду и точную частоту одновременно.

Минимальная неопределенность положения частица и импульса выражается Гейзенберга и Шредингера не имеет ничего общего с ограничением в измерении; скорее это внутреннее свойство материи волны двойственной природы частицы. Электроны, поэтому, на самом деле не существуют в своих «орбит» , как точно определенных битов материи, или даже , как точно определены форм волны, а скорее как "облака" -The технический термин является волновую -of распределения вероятностей, как если бы каждый электрон были " спрэд "или" размазывается "по целому ряду положений и импульсов.


Этот радикальный вид электронов неточным облака на первый взгляд противоречит оригинальный принцип квантованных электронных состояний: что электроны существуют в виде дискретных, определенных «орбит» вокруг атомных ядер. Это было, в конце концов, это открытие, которое привело к образованию квантовой теории, чтобы объяснить это. Как странно, кажется, что теория для объяснения дискретного поведения электронов в конце концов заявляет, что электроны существуют в виде «облаков», а не в виде отдельных кусков материи. Тем не менее, квантованный поведение электронов не зависит от электронов , имеющих определенные координаты и импульс значения, а на другие свойства , которые получили название квантовых чисел. В сущности, квантовая механика обходится без распространенное понятий абсолютного положения и абсолютного импульса, и заменяет их абсолютным понятиям своего рода, не имеющего аналогов в общем опыте.




Несмотря на то, электроны , как известно, существуют в эфирном, "облаку" форм распределенной вероятности , а не в виде отдельных кусков материи, эти «облака» имеют другие характеристики , которые являются дискретными. Любой электрон в атоме можно описать с помощью четырех численных мер (ранее упомянутых квантовых чисел), называется главным, угловой момент, магнитные, и числа Спин. Ниже приведен краткий обзор каждого из значений этих чисел ":

Главного квантового числа: Символом буквой п, это число описывает оболочку , что электрон постоянно находится в электрон "оболочки" представляет собой область пространства вокруг ядра атома, что электроны разрешено существовать в, что соответствует стабильной "стоячей волны. "узоры де Бройля и Бора. Электроны могут «перескочить» от оболочки к оболочке, но не может существовать между областями оболочки.

Принцип квантового числа должно быть положительное целое число (целое число, большее или равное 1). Другими словами, принцип квантовое число для электрона не может быть 1/2 или -3. Эти целые значения не прибыл в произвольно, а через экспериментальные доказательства света спектров: различающиеся частоты (цвета) света , испускаемого возбужденными атомами водорода следовать последовательности математически зависят от конкретных целочисленных значений , как показано на рисунке предыдущей .

Каждая оболочка имеет способность удерживать несколько электронов. Аналогия для электронных оболочек концентрических рядов сидений амфитеатром. Подобно тому , как человек сидит в амфитеатре должны выбрать строку , чтобы сидеть в (один не может сидеть между рядами), электроны должны "выбрать" особую оболочку "сидеть". Как в амфитеатре строк, крайние оболочки содержат больше электронов , чем внутренние оболочки. Кроме того, электроны стремятся искать самую низкую доступную оболочку, так как люди в амфитеатре искать ближайший место в центре сцены. Чем выше число оболочка, тем больше энергия электронов в нем.

Максимальное число электронов , что любая оболочка может удерживаемый описывается уравнением 2n 2, где "п" является принцип квантового числа. Таким образом, первая оболочка (п = 1) может содержать 2 электрона; вторая оболочка (п = 2) 8 электронов, а третья оболочка (п = 3) 18 электронов. (Рисунок ниже )




Главного квантового числа п и максимальное число электронов в оболочке , как предсказано по 2 (п 2), и наблюдали. Орбитали не в масштабе.

Электронных оболочек в атоме ранее обозначались буквой, а не числом. Первая оболочка (п = 1) метили К, второй оболочки (N = 2) L, третья оболочка (п = 3) М, четвертую оболочку (N = 4) N, пятая оболочка (п = 5) О, шестой оболочка (п = 6) Р, а седьмой оболочка (п = 7) В:


Angular Momentum Quantum Number: Оболочка, состоит из подоболочек. Можно было бы быть склонны думать о подоболочек как простых подразделений оболочек, а полосы деления дороги. Подоболочки намного чужой. Подоболочки являются областями пространства , где электрон «облака» разрешено существовать, и различные подоболочках на самом деле имеют разные формы. Первый подоболочка форму шара (рис ниже (s)) , которая имеет смысл , когда визуализируется в виде облака электронов вокруг атомного ядра в трех измерениях.

Второй подоболочка, однако, напоминает гантель, состоящий из двух "лепестков", соединенных друг с другом в одной точке вблизи центра атома. ( На рисунке ниже (р))

Третий подоболочка обычно напоминает набор из четырех «лепестков», сгруппированных вокруг ядра атома. Эти подоболочки формы напоминают графические изображением силы сигнала радио антенны, с выпуклыми областей лопастевидными формы, простирающихся от антенны в различных направлениях. (Рисунок ниже (d))




Орбитали: (s) Три раза симметрии. (р) Показаны: р х, один из трех возможных ориентаций (р х, р у, р г), об их соответствующих осей. (d) Показаны: d х 2 - у 2 аналогична г ху, г, д уг XZ. Показаны: d Z 2. Возможные D-орбитальное ориентации: пять.

Допустимые угловые импульса квантовые числа являются положительными целыми числами, как главными квантовыми числами, но и включать в себя ноль. Эти квантовые числа для электронов символизируется буквой л. Количество подоболочек в оболочке равно главным квантовым числом оболочки. Таким образом, первая оболочка (п = 1) имеет один подоболочка, пронумерованных 0; вторая оболочка (п = 2) имеет два подоболочки, пронумерованных 0 и 1; третья оболочка (п = 3) имеет три подоболочки, пронумерованных 0, 1 и 2.



Старше соглашение для описания подоболочка используемых букв, а не цифр. В этих обозначениях первая Подоболочка (L = 0) обозначали S, вторая Подоболочка (L = 1) , обозначается р, третий Подоболочка (L = 2) обозначается d, а четвертый Подоболочка (L = 3) обозначается е. Письма приходят из слов острых, главный (не следует путать с главным квантовым числом, п), диффузной и фундаментальной. Вы будете видеть эту нотационного конвенции во многих периодических таблиц, используемых для обозначения электронную конфигурацию атомов самого внешнего », или валентности, раковин. (Рисунок ниже )




(а) Бор представление атома серебра, (б) подоболочки представление Ag с разделением оболочек в подоболочки (угловое квантовое число л). Эта диаграмма не подразумевает ничего о фактическом положении электронов, но представляет собой энергетические уровни.

Магнитного квантового числа: Магнитное квантовое число для электрона классифицирует которых ориентация направлена его подоболочка форма. В "лепестка" для подоболочек указать в нескольких направлениях. Эти различные ориентации называют орбиталей. Для первого субоболочке (с; л = 0), которая напоминает сферу указывая ни в «направлении», так что есть только одна орбиталь. Для второго (р, л = 1) подоболочки в каждой оболочки, которая напоминает гантели точки в трех возможных направлениях. Подумайте о трех гантелей, пересекающимися в начале координат, каждая ориентирована вдоль другой оси в трехосной пространстве координат.

Допустимые числовые значения для этого квантового числа состоят из целых чисел в диапазоне от -l до л, и символизируется м л в атомной физике и л г в ядерной физике. Для того, чтобы вычислить количество орбиталей в любой подоболочки, удвоить количество подоболочку и добавить 1, (2 · L + 1). Например, первый Подоболочка (L = 0) в любой оболочке содержит одну орбиталь, пронумерованных от 0; второй Подоболочка (L = 1), в любой оболочке содержит три орбитали, пронумерованных -1, 0, и 1; третий подоболочка (л = 2) содержит пять орбиталей, пронумерованных -2, -1, 0, 1 и 2; и так далее.

Как и главными квантовыми числами, магнитное квантовое число возникли непосредственно из экспериментальных данных: эффект Зеемана, разделение спектральных линий, подвергая ионизированного газа в магнитном поле, отсюда и название "магнитное" квантовым числом.


Спиновое квантовое число: Как магнитного квантового числа, это свойство атомных электронов был обнаружен в ходе экспериментов. Тщательное наблюдение спектральных линий показал , что каждая линия была на самом деле пара очень близко расположенных линий, и это так называемая тонкая структура была высказана гипотеза , результатом каждого электрона "спиннинг" на оси , как будто планеты. Электроны с различными "раскручивает" дало бы отклониться немного разные частоты света при возбуждении. Название "спин" был присвоен этого квантового числа. Понятие вращающегося электрона в настоящее время устарела, будучи лучше подходит к (неправильному) вид электронов как дискретные куски материи, а не как «облаков»; но название осталось.

Спин квантовые числа символизируется м с в атомной физике и х г в ядерной физике. Для каждой орбитальной в каждой подоболочки в каждой оболочки, может быть два электрона, один со спином +1/2, а другой со спином -1/2.


Физик Вольфганг Паули разработал принцип, объясняющий упорядочение электронов в атоме в соответствии с этими квантовыми числами. Его принцип, называемый принцип запрета Паули, утверждает , что никакие два электрона в том же атоме не могут занимать те же квантовые состояния. То есть, каждый электрон в атоме обладает уникальным набором квантовых чисел. Это ограничивает число электронов, которые могут занимать любую заданную орбитальную, подоболочку и оболочки.

Здесь показано расположение электронов для атома водорода:

С одного протона в ядре, он принимает один электрон электростатическое баланса атома (положительный электрический заряд протона в точности уравновешивается отрицательным электрическим зарядом электрона). Это один электрон находится в нижней оболочке (п = 1), первый Подоболочка (L = 0), в единственной орбитали (пространственная ориентация) этого Подоболочка (м л = 0), со значением спина 1/2. Общий метод описания этой организации, перечисляя электронов в соответствии с их оболочек и подоболочки в конвенции называется спектроскопического обозначений. В этих обозначениях число оболочки показан как целое, подоболочку как буквы (с, р, д, е), а общее число электронов в подоболочки (все орбитали, все спины) как верхний индекс. Таким образом, водород, с его одинокий электрон , находящийся в базовом уровне, описывается как 1s 1.

Переходя к следующему атому (в порядке убывания атомного номера), у нас есть элемент гелий:

Атом гелия имеет два протона в ядре, и это требует два электрона, чтобы сбалансировать двойной положительный электрический заряд. Так как два электрона-один со спином = 1/2, а другой со спином = -1 / 2- вместиться в одну орбитальную, электронная конфигурация гелия не требует никаких дополнительных подоболочки или оболочек провести второй электрон.

Тем не менее, атом требует трех или более электронов потребует дополнительных подоболочки , чтобы вместить все электроны, так как только два электрона будет вписываться в нижней оболочке (п = 1). Рассмотрим следующий атом в последовательности возрастания атомных номеров, лития:

Атом лития использует часть (n = 2) мощности L оболочки. Эта оболочка на самом деле имеет общую мощность восьми электронов (максимальная емкость оболочки = 2n 2 электронов). Если рассматривать организацию атома с полностью заполненной оболочки L, мы увидим, как все комбинации подоболочки, орбиталей и спинами заняты электронами:

Часто, когда спектроскопические обозначения дается для атома, любые снаряды, которые полностью заполнены опущены, и незаполненный, или высшего уровня заполнения оболочки, обозначается. Например, элемент неон (показано на предыдущем рисунке), который имеет два полностью заполненных оболочек, могут быть спектроскопически описать просто как 2p 6 , а не 1s 2 2s 2 2p 6. Литий, с ее K оболочки полностью заполненной и одинокого электрона в оболочке L, можно описать просто как 2s 1 , а не 1s 2 2s 1.

Бездействие полностью заполнены, более низкого уровня снарядов не только для удобства записи. Она также иллюстрирует основной принцип химии: что химическое поведение элемента в первую очередь определяется его незаполненными оболочками. Оба водорода и лития имеют один электрон в своих внешних оболочек (1s 1 и 2s 1, соответственно), что дает эти два элемента некоторые схожие свойства. Оба обладают высокой реакционной способностью, и реактивная во многом таким же образом (приклеивания к аналогичным элементам в аналогичных режимах). Не столь важно, что литий имеет полностью заполненную оболочку K-под его почти вакантную L оболочки: незаполненной L оболочка является оболочкой, которая определяет его химическое поведение.


Элементы , имеющие полностью заполненные внешние оболочки, классифицируются как благородный, и отличаются почти полной непривязанности реактивности с другими элементами. Эти элементы , используемые для быть классифицированы как инертные, когда считалось , что это были совершенно нереакционноспособным, но в настоящее время известны , с образованием соединений с другими элементами в конкретных условиях.

Так как элементы с одинаковыми конфигурациями электронов в их внешней оболочке (ами), проявляют сходные химические свойства, Дмитрий Менделеев организовал различные элементы в таблице соответственно. Такая таблица называется периодической таблицы элементов, и современные таблицы следовать этой общей форме

Рисунок ниже .




Периодическая таблица химических элементов.

Дмитрий Менделеев, русский химик, был первым разработать периодическую таблицу элементов. Хотя Менделеев организовал свою таблицу в соответствии с атомной массой, а не атомным номером, и подготовила таблицу, которая не была столь же полезно, как современных периодических таблиц, его развитие выступает как отличный пример научного доказательства. Увидев закономерности периодичности (аналогичные химические свойства в зависимости от атомной массы), Менделеев выдвинул гипотезу, что все элементы должны вписаться в эту стройную схему. Когда он обнаружил, "пустые" места в таблице, он следовал логике существующего порядка и выдвинул гипотезу о существовании ранее открытых элементов. Последующее открытие этих элементов предоставлено научной легитимности гипотезы Менделеева, дальнейшее будущие открытия, и приводит к форме периодической таблицы мы используем сегодня.

Это, как наука должна работать: гипотезы следуют их логические выводы и приняты, изменены или отклонены как определяется соглашением экспериментальных данных к этим выводам. Любой дурак может сформулировать гипотезу после-фактум объяснить существующие экспериментальные данные, и многие из них. Что отличает научную гипотезу отдельно от постфактум спекуляций является предсказание будущих экспериментальных данных еще несобранные, а также возможность опровержением в результате этих данных. Чтобы смело следовать гипотезе до логического конца (ов) и осмелится предсказать результаты будущих экспериментов не является догматическим прыжок веры, а скорее публичное испытание этой гипотезы, открытой, чтобы бросить вызов от любого, способного производить противоречивые данные. Другими словами, научные гипотезы всегда "рискованной" из-за требования, чтобы предсказать результаты экспериментов еще не проводились, и поэтому восприимчивы к опровержению, если эксперименты не получится, как прогнозировалось. Таким образом, если гипотеза успешно предсказывает результаты повторных экспериментов, его ложное опровергнуто.

Квантовая механика, сначала в качестве гипотезы, а затем в качестве теории, оказалась чрезвычайно успешной в прогнозировании экспериментальных результатов, следовательно, высокую степень научной уверенности помещается в нем. Многие ученые имеют основания полагать , что она является неполной теорией, хотя, как ее предсказания верны еще на микро физических масштабах , чем на макро размеров кроскопических, но тем не менее это чрезвычайно полезная теория для объяснения и прогнозирования взаимодействий частиц и атомов.

Как вы уже видели в этой главе, квантовая физика имеет важное значение для описания и предсказания многих различных явлений. В следующем разделе мы увидим его значение в электропроводности твердых веществ, в том числе полупроводников. Проще говоря, ничего в химии или физике твердого тела не имеет смысла в популярной теоретической основы электронов существующих в виде отдельных кусков материи, кружась вокруг атомных ядер, как миниатюрных спутников. Именно тогда, когда электроны рассматриваются как «волновых функций», существующих в определенных, дискретных состояний, что регулярное и периодическое поведение вещества можно объяснить.

  • ОБЗОР:
  • Электроны в атомах существуют в "облаках" распределенной вероятности, а не в виде отдельных кусков материи, вращающихся вокруг ядра, как крошечные спутники, как показывают общие иллюстрации атомов.
  • Отдельные электроны вокруг атомного ядра искать уникальные "состояния" , описывается четырьмя квантовыми числами: главным квантовым числом, известный как оболочка; Момент количества движения квантовое число, известное как субоболочке; магнитного квантового числа, описывающие орбитальное (ориентацию подоболочку); и спинового квантового числа, или просто спина. Эти состояния квантуются, а это означает, что ни один "в-между" условиях не существует для электрона, кроме тех состояний, которые вписываются в схему квантового нумерации.
  • Главного квантового числа (п) описывает базовый уровень или оболочку , что электрон находится. Чем больше это число, тем больший радиус электрона облако от ядра атома, и тем больше , что энергия электрона. Основные квантовые числа целые числа (положительные целые числа).
  • Angular Momentum квантового числа (л) описывает форму электронного облака в пределах определенной оболочки или уровне, и часто известен как "субоболочке." Есть так много подоболочках (электронное облачко формы) в любой оболочке в качестве принципа , что оболочки квантовое число. Углового момента квантовые числа являются положительными целыми числами, начиная с нуля и заканчивая один меньше, чем главного квантового числа (п-1).
  • Магнитного квантового числа л) описывает , какой ориентации Подоболочка (электронное облако форма) имеет. Подоболочки можно считать , как много различных ориентаций , как 2-кратного числа подоболочки (L) плюс 1, (2L + 1) (например , для л = 1, мл = -1, 0, 1) и каждой уникальной ориентации называется орбитальный. Эти числа представляют собой целые числа в диапазоне от отрицательного значения числа подоболочки (L) через 0 до положительного значения числа подоболочки.
  • Спиновое квантовое число s) описывает еще одно свойство электрона, и может быть значением +1/2 или -1/2.
  • Исключение Паули Принцип говорит , что никакие два электрона в атоме не может делиться точно такой же набор квантовых чисел. Таким образом, не более двух электронов могут занимать каждую орбиталь (спин = 1/2 и спина = -1 / 2), 2L + 1 орбитали в каждой подоболочки, и п подоболочках в каждой оболочке, и не более.
  • Спектроскопические обозначения условность для обозначения электронную конфигурацию атома. Корпуса представлены в виде целых чисел, а затем подоболочка буквами (с, р, д, е), с помощью верхнего индекса числа на общую число электронов, находящихся в каждом соответствующем субоболочке.
  • химическое поведение атома является исключительно определяется электронами в незаполненных оболочек. снаряды низкого уровня, которые полностью заполнены имеют мало или вообще не оказывает влияния на химической связи характеристик элементов.
  • Элементы с полностью заполненными электронными оболочками почти полностью нереакционноспособными, и называются благородными (ранее известный как инертными).
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья