Семинар 1исп ФМИ

1.

Строение атома и
молекулы с позиции
квантовой механики

2.

Квантовая механика – раздел естественнофизических наук, предназначенный для
изучения квантовых микрообъектов
Микрообъекты для химика – это молекулы и
атомы

3.

Основные принципы КМ
1. С точки зрения КМ любой объект может находиться в
строго определенных стационарных состояниях,
переход между которыми осуществляется скачком.
2. Причем в каком состоянии находится объект
определяется вероятностью.

4.

Диаграмма уровней энергии
Е
Еn ,ψn
Е3 ,ψ3
h 2
Е2 ,ψ2
Е1 ,ψ1
h 1
Е0 ,ψ0
E = E3 – E0 = h 1

5.

Диаграмма уровней энергии
Е
Еn ,ψn
Е3 ,ψ3
h 2
Е2 ,ψ2
Е1 ,ψ1
h 1
Е0 ,ψ0
E = E3 – E0 = h 1

6.

Характеристики электромагнитного излучения
Волновые свойства
Y
Z
H
длина волны, м
частота, с-1, Гц
E
Х

7.

Электромагнитное излучение и его
характеристики
Электромагнитное поле, создаваемое электрическими и
магнитными силами, является одним из видов материи.
Электромагнитное излучение способно проявлять двойственную
природу, т.е. в определенных условиях проявляет волновые
свойства, а в других условиях – корпускулярные (т.е. свойства
частиц).
Волновые свойства:
Преломление
Дифракция
Интерференция и т.п.
Корпускулярные свойства:
Поглощение или
испускание фотонов
(квантов света)

8.

9.

Характеристики электромагнитного излучения
Волновые характеристики
Частота (ν) — число колебаний в единицу времени. Для
измерения частоты используют единицу системы СИ —
герц (1 Гц = 1 с–1) или кратные единицы — мегагерц (1 МГц =
1·106 Гц), гигагерц (1 ГГц = 1·109 Гц)
Длина волны (λ) — расстояние, проходимое
электромагнитной волной за время одного полного
колебания. Для измерения длины волны используют
единицу системы СИ — метр (м) или подходящие для
данного диапазона кратные единицы: нанометр (1 нм = 1·10–9
м), микрометр (1 мкм = 1·10–6 м) и др. Внесистемная единица
–– ангстрем (1 Ǻ= 1·10–10 м = 0,1 нм) в настоящее время не
рекомендуется к применению, но, тем не менее, часто
используется.

10.

Волновое число
~– число волн в 1 см
Волновое число чаще всего измеряют в обратных
сантиметрах (см–1), в зарубежной литературе эту величину
обозначают как кайзер (К). Для измерения малых разностей
волновых чисел соответственно употребляется милликайзер
(1 мК = 10–3 см–1).
Связь между волновой и корпускулярной природой света
описывается уравнением Планка:
Е h
hc
где ΔЕ — изменение энергии
элементарной системы в
результате поглощения или
испускания фотона с энергией
hν (h — постоянная Планка) h =
6,6262·10–34 Дж·с.

11.

Диаграмма уровней энергии
Е
Еn ,ψn
Е3 ,ψ3
h 2
Е2 ,ψ2
Е1 ,ψ1
h 1
Е0 ,ψ0
E = E3 – E0 = h 1

12.

РЕЗОНАНС – это явление, когда частота внешнего
воздействия совпадает с частотой собственных
процессов. При этом внешнее воздействие и
объект взаимодействуют, обмениваются энергией.

13.

Н̂ Е
Дискретный набор - 1, 2 , 3 , 4 ...
Значения энергий - Е 1, Е 2, Е 3, Е 4…
Р (x, y, z) = (x, y, z) 2 dV

14.

Н̂ Е
Дискретный набор - 1, 2 , 3 , 4 ...
Значения энергий - Е 1, Е 2, Е 3, Е 4…
Р (x, y, z) = (x, y, z) 2 dV

15.

Н̂ Е
Дискретный набор - 1, 2 , 3 , 4 ...
Значения энергий - Е 1, Е 2, Е 3, Е 4…
Р (x, y, z) = (x, y, z) 2 dV

16.

Расщепление энергетических уровней в
магнитном поле
Е1 Е2
1 2

17.

Расщепление энергетических уровней в
магнитном поле
Е1 Е2
1 2

18.

ТЕРМ – набор различных дискретных квантовых чисел,
которым соответствует энергетический уровень.
Квантовые числа:
1. Главное квантовое число – n
определяет степень удаления электрона от ядра,
размер облака,n=1 .
2. Орбитальное кв. число – l
характеризует форму электронного облака, l=0 (n-1).
3. Магнитное орбитальное кв. число – ml
характеризует пространственную ориентацию
электронного облака, ml= -l +l .
4. Магнитное спиновое кв. число – ms
характеризует собственный механический момент
электрона, связанный с его вращением вокруг своей
оси, ms = ± ½.

19.

Строение вещества и происхождение спектров
Строение атомов
Атом – дискретная
частица вещества
размером примерно ~ 1010 м (0,1нм). Атом
состоит из ядра и
электронной оболочки.
Электроны в атоме
размещены на разных
энергетических уровнях.
Строение молекул
Молекулы состоят из
атомов, их строение
намного сложнее,
возможны разные
виды взаимодействия
ЭМИ с веществом.

20.

Квантуемые степени свободы у атома и молекулы
АТОМ
МОЛЕКУЛА
Электронные
Электронные
переходы
переходы
Колебательные
переходы
Вращательные
переходы

21.

Потенциальные кривые для электронных состояний
двухатомной молекулы

22.

Потенциальные кривые для электронных состояний
двухатомной молекулы

23.

Предиссоциация молекулы

24.

Принцип Франка-Кордона
Все
электронные
переходы
происходят
без
изменения
межъядерного
расстояния.
Электронные переходы являются
настолько быстрыми (10-14 - 10-15
с) по сравнению с движением ядер
в молекуле (10-12 - 10-13 с), что за
время
электронного
перехода
относительное расположение ядер
и их кинетическая энергия не
изменяются.

25.

Принцип Франка-Кондона

26.

27.

ФОТОХИМИЯ – раздел науки, который изучает
химию возбужденных состояний.
Ar + Xe →
Ar + Xe + h → Ar2Xe