Suroosh Sanei دوشنبه 12 تیر 1396 09:41 ب.ظ نظرات ()
آخرین مدل اتمی مدل اتمی شرودینگر است. که میتوان گفت یه جورایی روی دالتون و بور و رادرفورد و تامپسون را خواباند. مدل او واقعا عجیب است و زیبا. ببینیم این مدل چی هست اصلا و برای چی اینقدر این مدل در دنیای کوانتوم تاثیر دارد.
او در اوایل زندگی مهندسی برق و برق جویی را پی گرفت. او معمولاً با معلم سابقش فرانتس اکسنر کار می‌کرد. در سال اول زندگی حرفهای شرودینگر با ایده‌های کوانتومی در آثار ماکس پلانک،آلبرت اینشتین آرنولد زومرفلد و دیگران آشنا شد. در سال ۱۹۲۶ میلادی، شرودینگر بر مبنای رفتار دو گانهٔ الکترون (موجی و ذره‌ای) و با تأکید بر رفتار موجی الکترون، محدود کردن الکترون به یک مدار دایره شکل را درست ندانست و از احتمال حضور الکترون در یک محیط سه بعدی سخن گفت. او این فضاهای سه بعدی که احتمال حضور الکترون در آن وجود دارد را اُربیتال نامید. شرودینگر پس از انجام محاسبات پیچیدهٔ ریاضی، به این نتیجه رسید که همان‌طور که برای پیدا کردن یک جسم در فضا به سه عدد (طول، عرض و ارتفاع) نیاز داریم، برای پیدا کردن اوربیتال یک اتم هم به ۳ عدد کوانتمی نیاز داریم. در واقع شرودینگر با معرفی یک تابع موج (معادله دیفرانسیل) و حل انتگرال سه‌گانه آن به نتایجی دست یافت که پایه و اساس مدل کوانتومی شد. شرودینگر سه عدد کوانتومی را از روی معادلات دیفرانسیل و حساب انتگرال پیچیده‌ای به دست آورد:۱-عدد کوانتومی اصلی(n) ۲-عدد کوانتوم، اُربیتالی یا فرعی(L) ۳-عدد کوانتومی مغناطیسی(mL). البته عدد کوانتومی چهارم(mS) (عدد کوانتومی اسپینی)، بعداً توسط دیگران به دست آمد.

اوربیتال اتمی یا مدارال اتمی تابع ریاضی است که رفتار موجی مانند یکالکترون و یا یک جفت الکترون دراتم را توضیح می‌دهد. این تابع را می‌توان به منظور محاسبهٔ احتمال حضور الکترون در یک اتم در مناطق خاصی در اطراف هسته مورد استفاده قرار داد. از عملکرد این تابع می‌تواند در ترسیم نمودار سه بعدی از احتمال حضور الکترون در یک مکان استفاده کرد که این منطقهٔ فیزیکی با احتمال زیاد تعیین می‌شود. به طور خاص، اوربیتالهای اتمی ممکن در ویژه حالتی از یک تک الکترون که در مجموعه‌ای از الکترونها در اطراف اتم منفرد قرار دارند با تابع اوربیتال توضیح داد.
اوربیتال اتمی را که در آن الکترون به عنوان ذرات جامد است، هرگز نمی‌توان با سیارهٔ که بصورت بیضوی به دور خورشید می‌گردد توضیح داد.

ا یک مقایسه دقیق ممکن است چنین به نظر برسد که الکترونی که درجو اطراف هسته قرار دارد مانند جو یک سیاره‌است. اوربیتال اتمی نحوه شکل گیری این جو را فقط به یک الکترون منفرد در یک اتم را توضیح می‌دهد. وقتی که الکترون‌های بیشتری به اتم منفرد اضافه می‌شود این الکترون‌ها تمایل دارند بطور مساوی در حجم فضای اطراف هسته قرار بگیرند (که گاهی به این ابر الکترونی) گفته می‌شود.این منطقه معمولاً کروی شکل است.
این ایده که الکترون ممکن است در اطراف هسته با یک خاصیت چرخشی که به آن
تکانهٔ زاویه‌ای می‌گویند می‌گردد، در سال ۱۹۱۳ توسطنیلز بور استدلال شد. و یک فیزیکدان ژاپنی به نام هانتارو ناگااٌکا(Hantaro Nagaoka) در اوایل سال ۱۹۰۴ فرضیه مبتنی به رفتارهای الکترونیکی به این مورد را منتشر کرد.[۶] با این حال تا سال ۱۹۲۶ معادلهشرودینگر برای حل حرکت موجی الکترون در اتم برای توابع اوربیتال جدید آماده نبود.
با توجه به تفاوت مدارمکانیک کلاسیک از واژه «مدار» برای الکترون در اتم، برای اولین بارشیمیدانی بنام
رابرت میلیکان در سال ۱۹۳۲ اصطلاح اوربیتال را ابداع و جایگزین آن کرد. اوربیتال اتمی، معمولاً به عنوان توصیف هیدروژنگونه (به معنی یک الکترون) برای تابع موج در فضا است، اعداد کوانتومی که بصورت l,nوm دسته‌بندی می‌شوند به ترتیب متناظر هستند با انرژی جفت الکترون،تکانه زاویه‌ای و تکانه زاویه‌ای مسیر (بردار اقلیدسی تکانه زاویه‌ای). هر اوربیتال (توسط یک مجموعه ازاعداد کوانتومی متفاوت تعریف می‌شود) که دارای حداکثر دو الکترون است، از نامهای کلاسیک درآرایش الکترونی نشان داده شده در تصویر سمت چپ نیزاستفاده شده‌است. نامهای اوربیتال کلاسیک که با (s, p، d, f) نشان داده می‌شوند از ویژگی‌های خطوط طیفی آنها مشتق شده‌است. در واقع این نام‌ها را در تحلیل طیف گسیلی خطیفلزات قلیایی وضع کردند که f,d,p,s به ترتیب برگرفته از واژه‌های انگلیسی fundamental,diffuse,principal,sharp می‌باشند.
از حدود سال ۱۹۲۰، یا حتی قبل از ظهور
مکانیک کوانتومی مدرن،اصل آفبا (اصل ساخت و ساز) است که در آن اتم‌ها متشکل از جفت الکترون‌های هستند، که از تکرار یک الگوی ساده و منظم که با افزایش اعداد فرد (.. ۱، ۳، ۵، ۷) است پیروی می‌کنند، توسط نیلز بور و دیگران که برای پی بردن به وجود چیزی شبیه به اوربیتال اتمی، در داخل تعدادی از ساختار الکترونی اتم‌های پیچیده مورد استفاده قرار گرفته بود. در ریاضیاتفیزیک اتمی، برای ساده کردنتابع موج الکترون درسیستم‌های پیچیده اغلب مناسب از ترکیبات ساده‌تر اوربیتال اتمی استفاده شود. اگرچه هر الکترون را نمی‌توان در یک اتم چند الکترونی که یکی را از یک یا دوالکترون ازاوربیتال اتمی در یک تصویر خیالی محدود کرد، هنوز هم تابع موج الکترون ممکن است ترکیباتی از اوربیتال اتمی را دربرداشته باشد؛ مثل اینکه، در بعضی مواقعابر الکترونی یک اتم چند الکترونی هنوز هم با اوربیتال اتمی متشکل از تنها یک یا دو الکترون باشد.