Atommodell von Schrödinger: Eigenschaften, Postulate

Schrödingers Atommodell wurde 1926 von Erwin Schrödinger entwickelt. Dieser Vorschlag ist als quantenmechanisches Modell des Atoms bekannt und beschreibt das undulatorische Verhalten des Elektrons.

Dabei stützte sich der herausragende österreichische Physiker auf die Hypothese von Broglie, der feststellte, dass jedes in Bewegung befindliche Teilchen mit einer Welle verbunden ist und sich als solches verhalten kann.

Schrödinger schlug vor, dass die Bewegung der Elektronen im Atom der Welle-Teilchen-Dualität entsprach und folglich die Elektronen als stehende Wellen um den Kern herum mobilisiert werden könnten.

Schrödinger, der 1933 für seine Beiträge zur Atomtheorie den Nobelpreis erhielt, entwickelte die gleichnamige Gleichung, um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass sich ein Elektron an einer bestimmten Position befindet.

Eigenschaften des Schrödinger-Atommodells

-Beschreibt die Bewegung von Elektronen als stehende Wellen.

-Die Elektronen bewegen sich ständig, dh sie haben keine feste oder definierte Position innerhalb des Atoms.

-Dieses Modell sagt weder die Position des Elektrons voraus, noch beschreibt es den Weg, den es innerhalb des Atoms nimmt. Es wird nur eine Wahrscheinlichkeitszone für die Lokalisierung des Elektrons festgelegt.

- Diese Wahrscheinlichkeitsbereiche werden als Atomorbitale bezeichnet. Die Orbitale beschreiben eine Translationsbewegung um den Atomkern.

-Diese Atomorbitale haben unterschiedliche Ebenen und Unterebenen von Energie und können zwischen Elektronenwolken definiert werden.

-Das Modell betrachtet nicht die Stabilität des Kerns, es bezieht sich nur auf die Erklärung der Quantenmechanik, die mit der Bewegung von Elektronen innerhalb des Atoms verbunden ist.

Experimentieren

Das Atommodell von Schrödinger basiert auf der Broglie-Hypothese und auf den früheren Atommodellen von Bohr und Sommerfeld.

Hierfür stützte sich Schrödinger auf das Experiment von Young und entwickelte auf der Grundlage seiner eigenen Beobachtungen den mathematischen Ausdruck, der seinen Namen trägt.

Nach den wissenschaftlichen Grundlagen dieses Atommodells:

Youngs Experiment: die erste Demonstration der Welle-Teilchen-Dualität

Broglies Hypothese über die undulatorische und korpuskuläre Natur der Materie kann durch das Young-Experiment, auch als Doppelspaltexperiment bekannt, demonstriert werden.

Der englische Wissenschaftler Thomas Young legte den Grundstein für Schrödingers Atommodell, als er 1801 das Experiment zur Überprüfung der Wellennatur des Lichts durchführte.

Während seines Experiments teilte Young die Emission eines Lichtstrahls, der durch ein kleines Loch durch eine Beobachtungskammer hindurchgeht. Diese Unterteilung wird durch die Verwendung einer 0, 2-Millimeter-Karte erreicht, die sich parallel zum Strahl befindet.

Die Versuchsanordnung war so getroffen, dass der Lichtstrahl breiter war als die Karte, so dass bei horizontaler Anordnung der Karte der Strahl in zwei ungefähr gleiche Teile geteilt wurde. Die Ausgabe der Lichtstrahlen wurde durch einen Spiegel gelenkt.

Beide Lichtstrahlen treffen in einem dunklen Raum auf eine Wand. Dort war das Interferenzmuster zwischen beiden Wellen zu erkennen, mit dem gezeigt werden konnte, dass sich das Licht wie ein Teilchen wie eine Welle verhalten kann.

Ein Jahrhundert später verstärkte Albert Einsten die Idee durch die Prinzipien der Quantenmechanik.

Die Schrödinger-Gleichung

Schrödinger entwickelte zwei mathematische Modelle, die unterscheiden, was passiert, je nachdem, ob sich der Quantenzustand mit der Zeit ändert oder nicht.

Für die Atomanalyse veröffentlichte Schrödinger Ende 1926 Schrödingers zeitunabhängige Gleichung, die auf Wellenfunktionen beruht, verhält sich wie stehende Wellen.

Dies impliziert, dass sich die Welle nicht bewegt, ihre Knoten, dh ihre Gleichgewichtspunkte, als Drehpunkt dienen, damit sich der Rest der Struktur um sie herum bewegt und eine bestimmte Frequenz und Amplitude beschreibt.

Schrödinger definierte die Wellen, die Elektronen als stationäre Zustände oder Orbitalzustände beschreiben und wiederum unterschiedlichen Energieniveaus zugeordnet sind.

Die zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung lautet wie folgt:

Wo:

E : Proportionalitätskonstante.

Ψ : Wellenfunktion des Quantensystems.

Η: Hamilton-Operator.

Die zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung wird verwendet, wenn die beobachtbare Größe, die die Gesamtenergie des Systems darstellt und als Hamilton-Operator bezeichnet wird, nicht von der Zeit abhängt. Die Funktion, die die gesamte Wellenbewegung beschreibt, hängt jedoch immer von der Zeit ab.

Die Schrödinger-Gleichung besagt, dass die Proportionalitätskonstante E die Gesamtenergie des Quantensystems in einem seiner stationären Zustände darstellt, wenn wir eine Wellenfunktion Ψ haben und der Hamilton-Operator darauf einwirkt.

Angewandt auf Schrödingers Atommodell gibt es, wenn sich das Elektron in einem definierten Raum bewegt, diskrete Energiewerte und wenn sich das Elektron frei im Raum bewegt, kontinuierliche Energieintervalle.

Aus mathematischer Sicht gibt es mehrere Lösungen für die Schrödinger-Gleichung, wobei jede Lösung einen anderen Wert für die Proportionalitätskonstante E impliziert.

Nach dem Heisenbergschen Unsicherheitsprinzip ist es nicht möglich, die Position oder Energie eines Elektrons abzuschätzen. Folglich erkennen die Wissenschaftler, dass die Abschätzung der Position des Elektrons innerhalb des Atoms ungenau ist.

Postulate

Die Postulate von Schrödingers Atommodell lauten wie folgt:

-Die Elektronen verhalten sich wie stehende Wellen, die sich entsprechend der Wellenfunktion Ψ im Raum verteilen.

- Die Elektronen bewegen sich innerhalb des Atoms, um Orbitale zu beschreiben. Dies sind Bereiche, in denen die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, erheblich höher ist. Die angegebene Wahrscheinlichkeit ist proportional zum Quadrat der Wellenfunktion Ψ2.

Die elektronische Konfiguration des Schrödinguer-Atommodells erklärt die periodischen Eigenschaften von Atomen und die Bindungen, die sie bilden.

Das Schrödinger-Atommodell berücksichtigt jedoch weder den Spin von Elektronen noch die Variationen des Verhaltens schneller Elektronen aufgrund relativistischer Effekte.