MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ CỦA SCHRÖDINGER: ĐẶC ĐIỂM, ĐỊNH ĐỀ - VẬT LÝ - 2025

Các mô hình nguyên tử Schrödinger được phát triển bởi Erwin Schrödinger vào năm 1926. Đề xuất này được gọi là mô hình cơ học lượng tử của nguyên tử, và mô tả các hành vi giống như sóng của electron.

Schrödinger cho rằng chuyển động của các electron trong nguyên tử tương ứng với tính lưỡng tính sóng-hạt, và do đó, các electron có thể chuyển động xung quanh hạt nhân dưới dạng sóng dừng.

Schrödinger, người được trao giải Nobel năm 1933 vì những đóng góp của ông trong lý thuyết nguyên tử, đã phát triển phương trình cùng tên để tính xác suất một electron ở một vị trí cụ thể.

Đặc điểm của mô hình nguyên tử của Schrödinger

Các obitan 1s, 2s và 2p trong nguyên tử natri.

-Mô tả chuyển động của êlectron là sóng dừng.

-Các electron chuyển động không ngừng tức là chúng không có vị trí cố định hay xác định bên trong nguyên tử.

-Mô hình này không dự đoán vị trí của electron, cũng như không mô tả con đường mà nó đi trong nguyên tử. Nó chỉ thiết lập một vùng xác suất để xác định vị trí của electron.

-Những vùng xác suất này được gọi là obitan nguyên tử. Các obitan mô tả chuyển động tịnh tiến xung quanh hạt nhân của nguyên tử.

-Các obitan nguyên tử này có các mức và mức năng lượng phụ khác nhau, và có thể được xác định giữa các đám mây electron.

-Mô hình không đề cập đến tính ổn định của hạt nhân, nó chỉ đề cập đến việc giải thích cơ học lượng tử liên quan đến chuyển động của các electron trong nguyên tử.

Mật độ electron cho biết xác suất tìm thấy một electron gần hạt nhân. Càng gần hạt nhân (vùng tím) thì khả năng đó càng nhiều, còn nếu dịch chuyển ra xa hạt nhân (vùng tím) thì càng ít.

Thí nghiệm

Mô hình nguyên tử của Schrödinger dựa trên giả thuyết Broglie, cũng như các mô hình nguyên tử trước đó của Bohr và Sommerfeld.

Broglie đề xuất rằng cũng giống như sóng có tính chất của hạt, hạt có tính chất của sóng, có bước sóng liên kết. Một thứ đã tạo ra rất nhiều kỳ vọng vào thời điểm đó, chính là Albert Einstein là người xác nhận lý thuyết của mình.

Tuy nhiên, lý thuyết de Broglie có một thiếu sót, đó là ý nghĩa của bản thân ý tưởng này không được hiểu rõ: một electron có thể là một sóng, nhưng của cái gì? Sau đó, hình ảnh của Schrödinger xuất hiện để đáp lại.

Để làm được điều này, nhà vật lý người Áo đã dựa vào thí nghiệm của Young, và dựa trên những quan sát của bản thân, ông đã phát triển biểu thức toán học mang tên mình.

Dưới đây là cơ sở khoa học của mô hình nguyên tử này:

Thí nghiệm của Young: chứng minh đầu tiên về tính hai mặt sóng-hạt

Giả thuyết de Broglie về bản chất sóng và tiểu thể của vật chất có thể được chứng minh bằng thí nghiệm của Young, còn được gọi là thí nghiệm khe kép.

Nhà khoa học người Anh Thomas Young đã đặt nền móng cho mô hình nguyên tử của Schrödinger khi vào năm 1801, ông thực hiện thí nghiệm xác minh bản chất sóng của ánh sáng.

Trong quá trình thử nghiệm của mình, Young đã phân chia sự phát ra của chùm ánh sáng đi qua một lỗ nhỏ thông qua một buồng quan sát. Sự phân chia này đạt được thông qua việc sử dụng một thẻ 0,2 mm, nằm song song với chùm tia.

Thiết kế của thí nghiệm được thực hiện sao cho chùm ánh sáng rộng hơn tấm thẻ, do đó, khi đặt tấm thẻ nằm ngang, chùm sáng được chia thành hai phần gần bằng nhau. Đầu ra của chùm sáng được dẫn hướng bởi một gương.

Cả hai chùm sáng chiếu vào một bức tường trong một căn phòng tối. Ở đó, hình ảnh giao thoa giữa hai sóng đã được chứng minh, chứng tỏ rằng ánh sáng có thể hoạt động như một hạt và một sóng.

Một thế kỷ sau, Albert Einsten củng cố ý tưởng bằng cách sử dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử.

Phương trình Schrödinger

Schrödinger đã phát triển hai mô hình toán học, phân biệt những gì xảy ra tùy thuộc vào việc trạng thái lượng tử có thay đổi theo thời gian hay không.

Để phân tích nguyên tử, Schrödinger đã công bố phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian vào cuối năm 1926, phương trình này dựa trên các hàm sóng hoạt động như sóng dừng.

Điều này ngụ ý rằng sóng không di chuyển, các nút của nó, tức là các điểm cân bằng của nó, đóng vai trò như một trục cho phần còn lại của cấu trúc chuyển động xung quanh chúng, mô tả một tần số và biên độ cụ thể.

Schrödinger đã định nghĩa các sóng mà các điện tử mô tả là trạng thái tĩnh hoặc trạng thái quỹ đạo, và lần lượt chúng liên kết với các mức năng lượng khác nhau.

Phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian như sau:

Ở đâu:

E : hằng số tỉ lệ thuận.

Ψ : hàm sóng của hệ lượng tử.

Η : Toán tử Hamilton.

Phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian được sử dụng khi quan sát được đại diện cho tổng năng lượng của hệ, được gọi là toán tử Hamilton, không phụ thuộc vào thời gian. Tuy nhiên, hàm mô tả chuyển động của sóng tổng sẽ luôn phụ thuộc vào thời gian.

Phương trình Schrödinger chỉ ra rằng nếu chúng ta có một hàm sóng Ψ và toán tử Hamilton tác động lên nó, thì hằng số tỉ lệ E biểu thị tổng năng lượng của hệ lượng tử ở một trong các trạng thái dừng của nó.

Áp dụng cho mô hình nguyên tử của Schrödinger, nếu electron chuyển động trong một không gian xác định thì có các giá trị năng lượng rời rạc, còn nếu electron chuyển động tự do trong không gian thì có các khoảng năng lượng liên tục.

Từ quan điểm toán học, có một số nghiệm cho phương trình Schrödinger, mỗi nghiệm ngụ ý một giá trị khác nhau cho hằng số tỷ lệ E.

Theo nguyên lý bất định Heisenberg, không thể ước tính vị trí và năng lượng của một electron. Do đó, các nhà khoa học nhận ra rằng ước tính vị trí của electron trong nguyên tử là không chính xác.

Định đề

Các định đề về mô hình nguyên tử của Schrödinger như sau:

-Electron hoạt động như sóng dừng được phân bố trong không gian theo hàm sóng Ψ.

-Electron chuyển động trong nguyên tử trong mô tả các obitan. Đây là những khu vực mà xác suất tìm thấy một electron cao hơn đáng kể. Xác suất được quy định tỷ lệ với bình phương của hàm sóng Ψ ² .

Cấu hình electron của mô hình nguyên tử của Schrödinguer giải thích các tính chất tuần hoàn của nguyên tử và các liên kết mà chúng hình thành.

Tuy nhiên, mô hình nguyên tử của Schrödinger không xem xét spin của các electron, cũng như không xem xét các biến thể trong hoạt động của các electron nhanh do các hiệu ứng tương đối tính.

Các bài báo quan tâm

Mô hình nguyên tử De Broglie.

Mô hình nguyên tử của Chadwick.

Mô hình nguyên tử Heisenberg.

Mô hình nguyên tử của Perrin.

Mô hình nguyên tử của Thomson.

Mô hình nguyên tử của Dalton.

Mô hình nguyên tử Dirac Jordan.

Mô hình nguyên tử của Democritus.

Mô hình nguyên tử của Bohr.

Mô hình nguyên tử Sommerfeld.

Người giới thiệu

1. Mô hình nguyên tử của Schrodinger (2015). Khôi phục từ: quimicas.net
2. Mô hình cơ học lượng tử của nguyên tử Được khôi phục từ: en.khanacademy.org
3. Phương trình sóng Schrödinger (sf). Đại học Jaime I. Castellón, Tây Ban Nha. Phục hồi từ: uji.es
4. Lý thuyết nguyên tử hiện đại: các mô hình (2007). © ABCTE. Phục hồi từ: abcte.org
5. Mô hình nguyên tử của Schrodinger (sf). Được khôi phục từ: erwinschrodingerbiography.weebly.com
6. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Phương trình Schrödinger. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
7. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2017). Thí nghiệm của Young. Phục hồi từ: es.wikipedia.org