Γιατί θεωρείται ως η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου ποσοτικοποιημένο;
1. Μοντέλο Bohr και ατομικά φάσματα:
* μοντέλο Niels Bohr πρότεινε ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να καταλαμβάνουν μόνο συγκεκριμένα, διακριτά επίπεδα ενέργειας μέσα σε ένα άτομο.
* Αυτά τα επίπεδα ενέργειας είναι κβαντισμένα, που σημαίνει ότι μπορούν να έχουν μόνο συγκεκριμένες, σταθερές τιμές και όχι τίποτα στο μεταξύ.
* Όταν ένα ηλεκτρόνιο πηδά μεταξύ αυτών των επιπέδων ενέργειας, απορροφά ή εκπέμπει ένα φωτόνιο με ενέργεια ίση με τη διαφορά μεταξύ των δύο επιπέδων. Αυτό οδηγεί στα χαρακτηριστικά φάσματα γραμμής που παρατηρούνται στις ατομικές εκπομπές, όπου εκπέμπονται μόνο συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός.
2. Δυστυχία κυμάτων-σωματιδίων και η εξίσωση Schrödinger:
* Κβαντική Μηχανική Περιγράφει τα ηλεκτρόνια ως κύματα και σωματίδια.
* Η εξίσωση Schrödinger είναι ένα μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα άτομα.
* Οι λύσεις στην εξίσωση Schrödinger ονομάζονται Wave Functions , που αντιπροσωπεύει την πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίου σε μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου.
* Αυτές οι λειτουργίες κύματος αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας και επιτρέπονται μόνο συγκεκριμένες τιμές κβαντισμένης ενέργειας.
3. Πειραματικά στοιχεία:
* Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα: Αυτό το φαινόμενο, όπου το φως μπορεί να χτυπήσει ηλεκτρόνια από ένα μέταλλο, κατέδειξε την κβαντισμένη φύση της φωτεινής ενέργειας.
* Ατομική φασματοσκοπία: Η παρατήρηση διακριτών φασματικών γραμμών επιβεβαιώνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να υπάρχουν μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές καταστάσεις.
* ακτινοβολία μαύρου σώματος: Το φάσμα του φωτός που εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο αντικείμενο καταδεικνύει επίσης την ποσοτικοποίηση, με συγκεκριμένα μήκη κύματος να εκπέμπονται ανάλογα με τη θερμοκρασία.
4. Περιορισμοί της κλασικής φυσικής:
* Κλασική φυσική Προέβλεψε ότι τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να γυρίσουν τον πυρήνα σε οποιαδήποτε τροχιά με οποιαδήποτε ενέργεια. Αυτό οδήγησε στην πρόβλεψη ότι τα άτομα θα εκπέμπουν ένα συνεχές φάσμα φωτός, το οποίο δεν παρατηρείται.
* Κβαντική Μηχανική επιλύθηκε αυτό το ζήτημα εισάγοντας κβαντισμό, εξηγώντας τη διακριτή φύση των επιπέδων της ατομικής ενέργειας και των παρατηρούμενων φάσματος γραμμής.
Συνοπτικά, η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο κβαντοποιήθηκε λόγω:
* Το μοντέλο Bohr και η εξήγησή του για ατομικά φάσματα.
* Η δυαδικότητα των ηλεκτρονικών κυμάτων των ηλεκτρονίων και η εξίσωση Schrödinger.
* Πειραματικά στοιχεία από το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα, την ατομική φασματοσκοπία και την ακτινοβολία του μαύρου σώματος.
* Η αποτυχία της κλασσικής φυσικής να εξηγήσει τα ατομικά φαινόμενα.
