Решение уравнения Шредингера дает волновую функцию для каждого электрона в атоме любого элемента. Волновые функции под атомом можно возвести в квадрат, чтобы получить карты распределения вероятностей, или орбитали, для электронов в этом атоме.
Поскольку электрон движется вокруг ядра, он обладает как минимум кинетической энергией, гравитационной потенциальной энергией и электрической потенциальной энергией. Когда мы говорим об энергии электрона, то обычно имеем в виду сумму всех форм его энергии.
Согласно квантово-механической модели атомов, каждая электронная орбиталь попадает под оболочку, которая имеет очень четко определенное значение энергии. Например, , , , и считается, что все орбитали обладают значением энергии при . Когда электрон приписан к орбитали, обладает ли он точно таким же количеством энергии, как и оболочка орбитали?
Мой интуитивный ответ — нет, поскольку орбиталь покрывает значительную часть атомного пространства. Электрон не может обладать точно такой же полной энергией в любом положении в пределах этого орбитального пространства. Но если электрон может обладать большей или меньшей полной энергией, чем его орбитальная оболочка, в зависимости от его положения, какое правило определяет, что он должен принадлежать рассматриваемой орбитали, а не орбитали с более низкой или более высокой энергией оболочки?
Для одноэлектронных задач «энергия электрона» — это в точности энергия орбитали. Не существует «энергии электрона», отдельной от собственного значения энергии его волновой функции в не зависящем от времени уравнении Шрёдингера (которое представляет собой конкретную техническую величину, которую часто называют «энергией орбитали»).
В частности, когда вы говорите
орбиталь покрывает значительную часть атомного пространства. Электрон не может обладать точно такой же полной энергией в любом положении в пределах этого орбитального пространства.
это просто ваша классическая интуиция вводит вас в заблуждение. Электрон не имеет положения (до тех пор, пока вы не выполните проективное измерение положения), и вместо этого он описывается делокализованной волной, которая охватывает обширную область пространства. Часть ее энергии исходит из потенциальной энергии, основанной на положении, но кинетическая энергия (которая пропорциональна лапласиану) является прямой мерой того, насколько волнистой и локализованной становится волна. Вот на что похожа энергия в КМ; остальное просто классический багаж, от которого нужно избавиться.
Несколько слов предупреждения:
В многоэлектронных атомах потенциальная энергия включает электрон-электронное электростатическое отталкивание. Эта энергия принадлежит системе в целом и не может быть отнесена ни к одному отдельному электрону.
Более того, в многоэлектронных атомах орбитали не являются четко определенными физическими величинами , и они однозначно определяются только в рамках метода Хартри-Фока , который является в лучшем случае приближением.
Билл Алсепт