Udostępnij w społeczności. sieci:


POZIOMY ENERGII MOLEKULÓW




Ponieważ cząsteczki składają się z atomów, ruch wewnątrzcząsteczkowy jest bardziej złożony niż wewnątrzatomowy. W cząsteczce, oprócz ruchu elektronów w stosunku do jąder, występuje ruch oscylacyjny atomów wokół ich pozycji równowagi (oscylacja jąder wraz z otaczającymi je elektronami) i ruch obrotowy cząsteczki jako całości.

Trzy rodzaje poziomów energii odpowiadają ruchom elektronowym, wibracyjnym i obrotowym cząsteczki: Е el , E i Е рр . Według mechaniki kwantowej energia wszystkich rodzajów ruchu w cząsteczce przyjmuje tylko wartości dyskretne (kwantyzowane). Wyobraźmy sobie w przybliżeniu całkowitą energię E cząsteczki przez sumę skwantyzowanych energii różnych typów:

E = Węgorz + Ekol + Heb . (28,37)

Na rys. 28.14 schematycznie przedstawia układ poziomów cząsteczki: odległe od siebie poziomy energii elektrycznej a ' i a' ', dla których E col = E bp = 0; bliższe poziomy wibracyjne v ' , v ", dla nich E bp = 0; najbliżej położone poziomy obrotowe J ' i J' ' o różnych wartościach Ebp .

Odległość między poziomami energii elektronicznej jest rzędu kilku woltów elektronowych, pomiędzy sąsiednimi poziomami wibracji 10 -2 -10 -1 eV, pomiędzy sąsiednimi poziomami obrotu 10 -5 -10 -3 eV.

Wady teorii Bohra wskazywały na potrzebę rewizji podstaw teorii kwantowej i idei dotyczących natury mikrocząstek (elektronów, protonów itp.). Powstało pytanie, jak wyczerpujące jest przedstawienie elektronu w postaci małej cząstki mechanicznej, charakteryzującej się pewnymi współrzędnymi i pewną prędkością.

Wiemy już, że pewien rodzaj dualizmu obserwuje się w zjawiskach optycznych. Wraz ze zjawiskiem dyfrakcji obserwowane są także interferencje (zjawiska falowe), zjawiska charakteryzujące korpuskularną naturę światła (efekt foto, efekt Comptona).

W 1924 r. Louis de Broglie wysunął hipotezę, że dualizm nie jest cechą tylko zjawisk optycznych , ale ma charakter uniwersalny. Cząstki materii mają również właściwości falowe .

Broglie (1892-1987), francuski fizyk, nagrodzony Nagrodą Nobla (1929) W sprawie fizyki za odkrycie falowej natury elektronu. W 1923 roku, opracowując koncepcję A. Einsteina o dwoistej naturze, zasugerował, że przepływ cząstek materialnych powinien również mieć właściwości falowe związane z ich masą i energią (fale de Broglie). Eksperymentalne potwierdzenie tego pomysłu uzyskano w 1927 r. W doświadczeniach dyfrakcji elektronów w kryształach, a następnie otrzymało praktyczne zastosowanie w opracowywaniu soczewek magnetycznych do mikroskopu elektronowego. Koncepcja wieloznaczności falowo-cząsteczkowych Louisa de Broglie'ego została wykorzystana przez E. Schrödingera do stworzenia mechaniki falowej.

Niewystarczalność teorii Bohra sprawiła, że ​​konieczne było krytyczne zrewidowanie podstaw teorii kwantowej i idei dotyczących natury cząstek elementarnych (elektronów, protonów itp.). Powstało pytanie, jak wyczerpujące jest przedstawienie elektronu w postaci małej cząstki mechanicznej, charakteryzującej się pewnymi współrzędnymi i pewną prędkością.




W wyniku pogłębienia naszej wiedzy o naturze światła okazało się, że pewien rodzaj dualizmu występuje w zjawiskach optycznych (patrz § 57). Wraz z takimi właściwościami światła, które bezpośrednio wskazują na jego naturę falową (interferencja, dyfrakcja), istnieją również inne właściwości, które również bezpośrednio ujawniają jej korpuskularną naturę (efekt fotoelektryczny, efekt Comptona).

W 1924 r. Louis de Broglie odważnie stworzył hipotezę, że podwójny obraz nie jest cechą samych zjawisk optycznych, ale ma uniwersalne znaczenie. "W optyce - pisał -" w ciągu stulecia korpuskularna metoda rozważania była zbyt zaniedbana w porównaniu z lekką; Czy w teorii materii istnieje odwrotny błąd?

Zakładając, że cząstki, wraz z właściwościami korpuskularnymi, również mają fale, de-Broglie nosi te same zasady materii

przejście od jednego obrazu do drugiego, co jest prawdą w przypadku światła. Foton jest znany [zob Formuły (57,1) i (57,4)] mają energię

i rozpęd

Zgodnie z ideą de Broglie ruch elektronu lub jakiejś innej cząstki jest związany z procesem falowym, którego długość fali jest równa



i częstotliwość

Hipoteza de Brogliego została wkrótce znakomicie potwierdzona eksperymentalnie. Davisson i Jermer odkryli, że wiązka elektronów rozproszona z kryształowej płytki dawała dyfraktogram. Thomson i niezależnie od niego Tartakowski uzyskał dyfraktogram podczas przejścia wiązki elektronów przez metalową folię. Doświadczenie przeprowadzono w następujący sposób (ryc. 190). Wiązka elektronów, przyspieszona o różnicę potencjałów rzędu kilkudziesięciu kilowoltów, przechodziła przez cienką metalową folię i spadała na płytę fotograficzną. Elektron uderzający w płytę fotograficzną ma taki sam efekt jak foton. Wzór dyfrakcji elektronów uzyskany tą metodą złota (ryc. 191, a) porównano z dyfraktogramem rentgenowskim glinu uzyskanego w podobnych warunkach (ryc. 191.6). Podobieństwo obu obrazów jest uderzające.

Stern i jego współpracownicy wykazali, że zjawiska dyfrakcji występują również w wiązkach atomowych i molekularnych. We wszystkich tych przypadkach

wzór dyfrakcyjny odpowiada długości fali określonej przez relację (64.1).

Z eksperymentów opisanych wyraźnie wynika, że ​​pewna liczba mikrocząstek o pewnej prędkości i prędkości

■ Przewodnik podaje wzór dyfrakcyjny, podobny do obrazu uzyskanego z fali płaskiej.

Dyfrakcja elektronowa to proces rozpraszania elektronów na zbiorze cząstek materii, w którym elektron wykazuje właściwości falowe . Zjawisko to nazywane jest dualnością fali-cząstki , w tym sensie, że cząstkę materii (w tym przypadku oddziałujące elektrony) można opisać jako falę.

DYROPCJA NEUTRONÓW - zjawisko rozpraszania neutronów, w którym decydujące znaczenie mają właściwości falowe neutronu (patrz : Duality falowo-cząstkowej ). a pęd p są połączone relacją de Broglie = hp . Mat Charakterystyka cząstki D., podobnie jak w przypadku innych fal, wynika z zasady Huygensa-Fresnela iw tym sensie jest analogiczna do opisu dyfrakcji światła , promieni rentgenowskich. Promienie, elektrony i inne mikrocząstki (patrz Dyfrakcja fali ) Zgodnie z tym opisem intensywność promieniowania rozproszonego w pewnym punkcie przestrzeni zależy od oraz na temat właściwości obiektu rozpraszającego. W związku z tym D. n. stosuje się go zarówno do badań, jak i tworzenia wiązek neutronowych (monochromatory neutronowe, analizatory) oraz do badania struktury substancji rozpraszającej.