Espectros de emisión atómicos: clásico vs mecánica cuántica

Question

En clase, nos presentó por primera vez la mecánica clásica, y cómo Bohr utilizó el hidrógeno de electrones para explicar el espectro de emisión atómica de ese elemento. Y tenía sentido. Pero luego de la mecánica clásica no puede explicar otras cosas, así que nos lanzamos a la mecánica cuántica. Y aprendemos acerca de Newton las ideas de las partículas de la luz, y cómo Einstein dijo que la luz quanta son llamados fotones, y cómo Louis de Broglie sugirió que las partículas de materia también pueden comportarse como ondas.

Pero me siento frustrado porque, mientras que el libro explica la historia de la mecánica cuántica y el principio de incertidumbre de Heisenberg, no explica cómo la mecánica cuántica no tiene nada que ver con espectros de emisión atómica. Así que mi pregunta es, ¿cómo la mecánica cuántica explicar el espectro de emisión atómica de los elementos mejor que la mecánica clásica no?

Y cuánto de la mecánica clásica no tiene en cuenta lo que la mecánica cuántica no? Eso es la idea de que un electrón moviéndose de un alto nivel de energía a un menor nivel de energía en un átomo libera energía/luz sólo es cierto para el hidrógeno, y false para todos los otros elementos? ¿Cómo puede ser esto cierto?

Answer 1

Primero de todo, la mecánica clásica no explica el espectro de emisión del todo, ya que no hay ninguna cuantización de la energía hacia fuera allí. Bohr introdujo la cuantización de la energía en su modelo de una forma ad hoc, al exigir que el momento angular para ser un múltiplo entero de una unidad fija de $\hbar = h/2\pi$ (que a su vez resultó en la energía también está cuantizada). Así, el modelo de Bohr no es un clásico modelo mecánico, ya que no es la cuantización del momento angular y de la energía. Pero no es también una mecánica cuántica desde la cuantización del momento angular no está justificada, sino que se hagan valer.

Estoy diciendo todo esto sólo para corregir OP: no fue una batalla de la clásica frente de la mecánica cuántica; la mecánica clásica ya era knockouted y la mecánica cuántica no es aún plenamente surgido. Fue una batalla entre semiclásica-semiquantum teorías y la realidad que hoy en día podría ser visto también como una lucha entre semiclásica-semiquantum teorías y el real de la teoría cuántica inventado más tarde.

De todos modos, por lo general, existen muchas posibles transiciones de electrones de cada átomo (o molécula) que contribuyen a su espectro de emisión, y cada transición tiene una diferencia de energía y probabilidad. La Bohr semiclásica modelo tenía deficiencias con respecto a estas dos características de las transiciones de electrones:

1. Multi-electrones de los átomos no tienen los niveles de energía según lo predicho por el modelo de Bohr, y, en consecuencia, el modelo predice mal posiciones de las líneas espectrales. De hecho, no ya para el átomo de helio.
2. No hay manera de calcular las probabilidades de las transiciones, por lo tanto, no es posible proporcionar intensidades relativas de las líneas espectrales.

Answer 2

Átomo de Bohr es ya la mecánica cuántica, sólo un especial (restringido) tipo de la misma. En la mecánica clásica no sería discreto de los niveles de energía en el átomo, y de hecho no hay átomo en sí, para un electrón sería pierden rápidamente su energía a través de la radiación y caer en el núcleo. Así que si usted se pregunte ¿cómo funciona la mecánica clásica no explica los espectros de los elementos, la respuesta es: por completo.

A medida que nos movemos en los átomos con más de un electrón, Bohr modelo llega a su límite y deja de ser útil, así que necesitamos el "real" de la mecánica cuántica con $\psi$ función y ecuación de Schrödinger. Contiene muchos contra-intuitivo implicaciones, como los electrones están deslocalizados y mantenerse en todas partes a la vez, pero a cambio de que nos otorga la capacidad para calcular los espectros de todos los elementos (y muchos, muchos más) con gran precisión.