Квантовомеханическая теория атома.
Ограниченность боровской модели атома коренилась в ограниченности
классич. представлений о движении микрочастиц. Стало ясно, что для дальнейшего
развития -теории атома необходимо критически пересмотреть основные представления
о движении и взаимодействии микрочастиц. Неудовлетворительность модели,
основанной на классич. механике с добавлением условий квантования, отчётливо
понимал и сам Бор, взгляды к-рого оказали большое влияние на дальнейшее
развитие А. ф. Началом нового этапа развития А. ф. послужила идея, высказанная
франц. физиком Л. де Бройлем (1924) о двойственной природе движения микрообъектов,
в частности электрона (см. Волны де Бройля). Эта идея стала исходным пунктом
квантовой механики, созданной в 1925-26 трудами В. Гейзен-берга и М. Борна
(Германия), Э. Шрёдин-гера (Австрия) и П. Дирака (Англия), и разработанной
на её основе совр. кванто-вомеханич. теории атома.
Представления квантовой механики
о движении электрона (вообще микрочастицы) коренным образом отличаются
от классических. Согласно квантовой механике, электрон не движется по траектории
(орбите), подобно твёрдому шарику;
движению электрона присущи
также и нек-рые особенности, характерные для распространения волн. С одной
стороны, электрон всегда действует (напр., при столкновениях) как единое
целое, как частица, обладающая неделимым зарядом и массой; в то же время
электроны с определённой энергией и импульсом распространяются подобно
плоской волне, обладающей определённой частотой (и определённой длиной
волны). Энергия электрона Е как частицы связана с частотой v электронной
волны соотношением: E = hv, а его импульс р - с длиной волны Лямбда соотношением:
p = h/лямбда,
Устойчивые движения электрона
в атоме, как показал Шрёдингер (1926), в нек-ром отношении аналогичны стоячим
волнам, амплитуды к-рых в разных точках различны. При этом в атоме, как
в колебат. системе, возможны лишь нек-рые "избранные" движения с определёнными
значениями энергии, момента количества движения и проекции момента электрона
в атоме. Каждое стационарное состояние атом? описывается при помощи нек-рой
волновой функции, являющейся решением волнового уравнения особого типа
- уравнения Шрёдингера; волновой функции соответствует "электронное облако",
характеризующее (в среднем) распределение плотности электронного заряда
в атоме (см. Атом; там же на рис. 3 показаны проекции "электронных облаков"
атома водорода). В 20-30-х гг. были разработаны приближённые методы расчёта
распределения плотности электронного заряда в сложных атомах, в частности
метод Томаса - Ферми (1926, 1928). Эта величина и связанное с ней значение
т. н. атомного фактора важны при исследовании электронных столкновений
с атомами, а также рассеяния ими рентгеновских лучей.
На основе квантовой механики
Важными применениями квантовой
удалось путём решения ур-ния Шрёдингера правильно рассчитать энергии электронов
в сложных атомах. Приближённые методы таких расчётов были разработаны в
1928 Д. Хартри (Англия) и в 1930 В. А. Фоком (СССР). Исследования атомных
спектров полностью подтвердили квантовомеханич. теорию атома. При этом
выяснилось, что состояние электрона в атоме существенно зависит от его
спина - собственного механич. момента количества движения. Было дано объяснение
действия внешних электрич. и магнитных полей на атом (см. Штарка явление,
Зеемана явление). Важный общий принцип, связанный со спином электрона,
был открыт щвейц. физиком В. Паули (1925) (см. Паули принцип); согласно
этому принципу, в каждом электронном состоянии в атоме может находиться
только один электрон; если данное состояние уже занято к.-л. электроном,
то последующий электрон, входя в состав атома, вынужден занимать другое
состояние. На основе принципа Паули были окончательно установлены числа
заполнения электронных оболочек в сложных атомах, определяющие периодичность
свойств элементов. Исходя из квантовой механики, нем. физики В. Гейтлер
и Ф. Лондон (1927) дали теорию т. н. гомеополярной хим. связи двух одинаковых
атомов (напр., атомов водорода в молекуле Н
механики в 30-х гг. и в дальнейшем были исследования связанных атомов,
входящих в состав молекулы или кристалла. Состояния атома, являющегося
частью молекулы, существенно отличаются от состояний свободного атома.
Существенные изменения претерпевает атом также в кристалле под действием
внутри-кристаллич. поля, теория к-рого была впервые разработана X. Бете
(1929). Исследуя эти изменения, можно установить характер взаимодействия
атома с его окружением. Крупнейшим экспериментальным достижением в этой
области А. ф. было открытие Е. К. Завойским в 1944 электронного парамагнитного
резонанса, давшего возможность изучать различные связи атомов с окружающей
средой.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я