К ИСТОКУ

о развитии Божественного Начала в Человеке

* Вход   * Регистрация * FAQ * НОВЫЕ СООБЩЕНИЯ  * Ваши сообщения 

Текущее время: 12 дек 2017, 18:00

Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу Пред.  1, 2
Автор Сообщение
Сообщение №16  СообщениеДобавлено: 06 мар 2014, 13:24 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Рождение спектра

1259595803.jpg

Теперь, после того как мы увидели атом "в новом свете" квантовой механики, нам предстоит познакомиться с его излучением. Вы, вероятно, помните, что теория Бора, объяснив происхождение спектров атомов, не смогла правильно описать закономерности спектров. Внести необходимые поправки в картину, нарисованную Бором, пришлось квантовой механике.

В объяснении происхождения спектров квантовая механика в принципе согласна с теорией Бора. При прыжках атомных электронов из состояния с одной энергией в состояние с другой энергией разность этих энергий воплощается в виде кванта электромагнитной энергии - фотона. Но в это объяснение вносится затем поправка.

Откуда и куда перескакивает электрон? Пока в теории существуют электронные орбиты, перескоки легко себе представить. Двигался электрон по орбите, как по рельсам, и внезапно перескочил на другую колею. Если при этом прыжке он уменьшил свою энергию, то рождается фотон. Если же на новой колее его энергия возросла, значит, фотон был поглощен перед прыжком.

Но вот квантовая механика отказывается от орбит и заменяет их электронными облаками. Теряет наглядность и процесс перескоков электронов. Теперь его надо понимать, как мгновенное изменение формы и расположения электронного облака в атоме. Излучение или поглощение фотона словно встряхивает атомное "желе", и оно принимает другую форму.

Отказавшись от наглядности, квантовая механика вводит для описания электронных прыжков новое качество - вероятность. В теории Бора перескок электрона с орбиты на орбиту возможен всегда, и вероятность его не зависит от того, каковы эти орбиты. В этом заключении и лежит корень ее неудачи.

открыть спойлер
Квантовая механика показывает, что такой вывод неправилен. Электронные прыжки имеют вероятность, очень существенно зависящую от формы электронных облаков, которые отвечают электрону до и после прыжка. При этом вероятность прыжка, грубо говоря, тем больше, чем сильнее перекрываются друг другом эти облака, чем значительнее их взаимное проникновение.

Образно говоря, электрон может перескочить в новое состояние, как пассажир прыгает из одного поезда в другой, на мгновение поравнявшийся с ним. Понятно, что для этого еще мало сообщить пассажиру нужную для прыжка энергию. Нужно еще, чтобы поезда оказались рядом. И, завершая нашу аналогию, отметим, что чем длиннее оба поезда, чем в большей "области пространства" они близки друг к другу, тем легче пассажиру перепрыгнуть из одного поезда в другой.

Нечто подобное происходит и в атоме. В нем "поезда" имеют форму электронных облаков. Мы уже знаем, что эта форма может быть весьма разнообразной - и шарообразной, и сигарообразной.

Изучение формы электронных облаков наводит на простые (конечно, только на словах) закономерности. Два шарообразных облака с общим центром (ядром атома) практически очень слабо проникают друг в друга; можно с полным основанием говорить, что они не соприкасаются. Значит, между отвечающими им состояниями электронный прыжок не может осуществиться. Теперь, если вложить сигару в шар, то нетрудно убедиться в том, что они пересекаются тем значительнее, чем толще и короче сигара. Две сигары тоже могут пересекаться, но здесь уже подсчет сложнее. Ясно лишь, что толстая короткая и узкая длинная сигары проникают друг в друга сильнее, чем шар и узкая сигара.

В соответствии с этим и будут находиться вероятности перескоков электронов из шарового облака в сигарообразное или между самими сигарообразными облаками. Закономерности, делящие электронные прыжки в атомах на более вероятные и менее вероятные, получили в квантовой механике название правил отбора.

Эти правила квантовая механика сформулировала очень категорично, разрешив одни прыжки и запретив другие, менее вероятные. Но природа не подчинилась этому запрету.Правила отбора более или менее хорошо соблюдаются только в легких атомах, в которых еще мало электронов, так что их облака еще довольно редко пересекаются друг с другом. Но вот в тяжелых многоэлектронных атомах, где возникает настоящая "мешанина" облаков, запреты квантовой механики в значительной мере теряют свою силу.

sinka6.gif

Так в перескоках электронов, в причудливом и быстро сменяющемся трепете электронных облаков рождаются фотоны. Влетая в спектральный прибор и пройдя в нем "сортировку", фотоны создают спектральные линии всех цветов радуги. Чем больше испускается фотонов атомом в каждую секунду, тем ярче отвечающие ему линии.

И если у нас неизменно число атомов, то яркость спектральных линий может зависеть только от одного - от частоты электронных прыжков в атомах. А эта частота, как мы уже знаем, определяется вероятностью прыжков. Разные облака, разные вероятности - одни большие, другие ничтожные.

И каждой энергии фотона, каждой спектральной линии отвечает своя вероятность, своя яркость. Так рождается спектр атома, состоящий из ряда линий различной яркости.

Однако легче рассказать обо всем этом, чем вычислить проникновение электронных облаков друг в друга, чем рассчитать вероятности электронных прыжков. Но квантовая механика блестяще справилась с этой задачей и достигла прекрасного согласия с наблюдаемыми спектрами. Теперь уж здание спектроскопии встало на воистину гранитный фундамент!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №17  СообщениеДобавлено: 06 мар 2014, 13:27 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Твердые тела-крепкие орешки!

Следующий поворот пути нашего рассказа - и новый ландшафт. Нам он наиболее привычен: ведь почти все, что нас окружает на земле, это твердые тела. Но, столь привычные по внешнему виду, они таят в себе бездну загадок. Не все эти загадки решены и по сей день.

К началу двадцатого века физика накопила уже внушительный материал по свойствам твердых тел. Она знает, что твердые тела бывают кристаллические и аморфные, что они по-разному проводят тепло и электричество, в разной степени пропускают свет и звук. Но объяснить убедительно хотя бы одно из этих свойств тердых тел физика не в состоянии.

А это исключительно нужно. Бурно растущая техника включает в свое потребление все новые природные материалы. Они уже зачастую не могут угнаться за требованиями техники, и та нетерпеливо ждет искусственных материалов, обладающих особо высокими свойствами - большими твердостью, электропроводностью, жаропрочностью и многими другими.

Как их получить? Сидеть и "колдовать" над бесчисленными сочетаниями известных материалов и условий их обработки, пока не "наколдуется" нужное? Нет - это способ алхимиков. Современная наука должна идти другим путем.

И снова в дело вступает квантовая механика. И снова в считанные годы она добивается решительных успехов. Она начинает с попыток понять строение кристаллов, в первую очередь металлических кристаллов.

Действительно, с кристаллов начинать проще. Кристалл - это упорядоченное, периодическое расположение атомов в пространстве, напоминающее решетчатую конструкцию. Только в отличие от обычной решетки кристалл имеет не два, а три измерения. Атомы в решетке кристалла находятся на постоянных расстояниях друг от друга, именуемых периодами решетки. В общем случае периодов может быть три - по трем измерениям решетки: длине, ширине и высоте.

В природе чаще распространены не чистые элементы, а их соединения. Решетки таких кристаллов образуются атомами нескольких типов. Простой тому пример - кристаллы льда. В них два сорта атомов - водорода и кислорода, причем, согласно формуле воды, -число водородных атомов вдвое больше числа кислородных.

открыть спойлер
Или другой пример - решетка кристаллов каменной соли, NaCl. В местах пересечения звеньев решетки, называемых ее узлами, поочередно располагаются ионы натрия и хлора. Именно ионы, а не атомы. Очень важно, что при "вмерзании" молекул соли в твердое тело сохраняется ионный характер связи их атомов.

Но молекула как таковая при этом перестает существовать. Ее теперь невозможно выделить. В самом деле, каждый ион натрия окружен ионами хлора, а каждый ион хлора окружен ионами натрия. Попробуй, найди, где тут бывшая молекула! Между ионами в таком кристалле действуют обычные электрические силы. Ион натрия притягивает к себе ионы хлора из своего непосредственного окружения, те в свою очередь притягивают новые ионы натрия, но отталкиваются от соседних ионов хлора. В результате игры этих сил притяжения и отталкивания образуется некоторое равновесное расположение ионов. Это и есть кристаллическая решетка.

010603.gif

Такое расположение действительно равновесное, устойчивое. Стоит одному иону сместиться из своего положения, как ослабнет сила его притяжения к ионам другого сорта, но зато его сильнее будут отталкивать ионы своего сорта. Совокупное действие этих сил заставит ион вернуться в прежнее положение.

Собственно говоря, ион все время колеблется около своего устойчивого положения от случайных тепловых "толчков", наподобие шарика, закрепленного сразу на нескольких пружинках. Тепловые колебания ионов в решетке определяют многие важные свойства твердых тел.

И как в случае ионных молекул, здесь, в случае ионных кристаллов, квантовой механике пока что особой работы нет. Но вот физика обращается к наиболее важным для современной техники металлическим кристаллам.

Здесь положение совершенно иное. Допустим, что вся решетка построена из одного металла, то есть из атомов одного-единственного сорта. Легко понять, что никаких разноименно заряженных ионов теперь быть не может. Если электрон охотно отдает один атом, то почему бы так же не поступить и всем остальным? А может быть, так оно и есть? В памяти квантовой механики еще свежа победа над молекулой водорода. Что если металлический кристалл - действительно гигантская ковалентная "молекула", состоящая из многих триллионов атомов? Эта остроумная мысль оказывается правильной. "Неизобретательная" природа в самом деле не придумала ничего нового. Удался "фокус" с обменом электронами между двумя атомами - и природа переносит опыт на более многочисленную электронную "аудиторию".

И все-таки на самом деле это не так легко и просто. Твердые тела еще не раз покажут, что они могут быть крепкими орешками даже для острых зубов квантовой механики.



Источник:http://evosfera.ru/

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу Пред.  1, 2

Текущее время: 12 дек 2017, 18:00

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

Вы не можете начинать темыВы не можете отвечать на сообщенияВы не можете редактировать свои сообщенияВы не можете удалять свои сообщенияВы не можете добавлять вложения
Перейти: