Was sind wissenschaftliche Modelle? + Beispiel

Was sind wissenschaftliche Modelle? + Beispiel
Anonim

Wissenschaftliche Modelle sind Objekte oder Konzepte, die konstruiert wurden, um Phänomene zu erklären, die technisch nicht beobachtbar sind.

Selbst in höheren Bereichen der Chemie sind Modelle sehr nützlich und werden häufig zur Abschätzung der chemischen Eigenschaften konstruiert. Ein Beispiel veranschaulicht die Verwendung von Modellen zur Schätzung einer bekannten Menge.

Angenommen, wir wollen modellieren Benzol, # "C" _6 "H" _6 #, um die Wellenlänge für ihren stärksten elektronischen Übergang abzuschätzen:

Der wahre Wert ist # "180 nm" # für die # pi_2-> pi_4 ^ "*" # oder # pi_3-> pi_5 ^ "*" # Übergang. Mal sehen, wie nahe wir kommen.

MODELL 1: PARTIKEL AUF EINEM RING

Das Partikel auf einem Ring Modell ist nützlich für die Beschreibung der #Pi# Benzolsystem durch Modellierung der #Pi# Elektronen am Umfang der #Pi# Elektronen Wolke:

Das Energieniveaus sind:

#E_k = (ℏ ^ 2k ^ 2) / (2I) #, # "" k = 0, pm1, pm2,… #

woher:

  • #I = m_eR ^ 2 # Das Trägheitsmoment für das Teilchen als Punktmasse ist ein konstanter radialer Abstand # R # Weg von #O#.
  • #k = sqrt ((2IE) / ℏ ^ 2) # ist die Quantenzahl für dieses System.
  • # ℏ = (6.626 xx 10 ^ (- 34) J cdot s) / (2pi) # ist die reduzierte Plancksche Konstante.
  • #m_e = 9.109 xx 10 ^ (- 31) "kg" # ist die Masse, wenn ein Elektron das Teilchen ist.
  • #c = 2.998 xx 10 ^ 8 "m / s" #Die Lichtgeschwindigkeit wird benötigt.

Der stärkste elektronische Übergang entspricht # E_1 # zu # E_2 #:

Wenn wir dieses Wissen nutzen, können wir das schätzen Wellenlänge beobachtet für den stärksten elektronischen Übergang. Das ist experimentell bekannt #R = 1,40 xx 10 ^ (- 10) "m" #.

Die Energielücke ist:

#DeltaE_ (1-> 2) = ℏ ^ 2 / (2I) (2 ^ 2 - 1 ^ 2) #

Aus der Beziehung das #DeltaE = hnu = hc // lambda #:

#Farbe (blau) (Lambda) = (hc) / (DeltaE) ~~ (hc) / (DeltaE_k) = (hc cdot 2m_eR ^ 2) / (ℏ ^ 2 (2 ^ 2 - 1 ^ 2)) #

# = (4pi ^ 2 cdot hc cdot 2m_eR 2) / (3h ^ 2) #

# = (8pi ^ 2 cm_eR ^ 2) / (3h) #

# = (8pi ^ 2 cdot 2.998 xx10 ^ 8 m / s cdot 9,109 xx 10 ^ (- 31) kg cdot (1,40 xx10 ^ (- 10) m) ^ 2) / 6.626 xx 10 ^ (- 34) "J cdot" s)) #

# = 2,13 xx 10 ^ (- 7) "m" #

#=# #Farbe (blau) ("213 nm") #

MODELL 2: PARTIKEL IN EINER Kiste

Das Partikel in einer Box Modell kann auch für den gleichen Zweck verwendet werden. Wir können Benzol in einschränken # 2.80 xx 10 ^ (- 10) "m" # durch # 2.80 xx 10 ^ (- 10) "m" # Box.

In zwei Dimensionen sind die Energieniveaus:

#E_ (n_xn_y) = (h ^ 2) / (8m_e) n_x ^ 2 / L_x ^ 2 + n_y ^ 2 / L_y ^ 2 #, #n_x = 1, 2, 3,… #

#n_y = 1, 2, 3,… #

Die ersten paar sind:

Das entspricht genau der Art und Weise, wie sich die Energieniveaus in Benzol befinden, wenn wir anrufen # E_22 # die nichtbindende Ebene. Davon,

#DeltaE_ (12 -> 13) = (h ^ 2) / (8m_e) (Abbruch (1 ^ 2 / L_x ^ 2) + 3 ^ 2 / L_y ^ 2) - (Abbruch (1 ^ 2 / L_x ^ 2)) + 2 ^ 2 / L_y ^ 2) #

# = (h ^ 2) / (8m_e) ((3 ^ 2 - 2 ^ 2) / L_y ^ 2) #

# = (6.626 xx 10 ^ (- 34) J cdot s) ^ 2 / (8 cdot 9.109 xx 10 ^ (- 31) kg) ((3 ^ 2 - 2 ^ 2) / (2.80) xx 10 ^ (- 10) "m") ^ 2) #

# = 3.84 xx 10 ^ (- 18) "J" #

Und so wird geschätzt, dass die Wellenlänge betroffen ist:

#Farbe (blau) (Lambda) = (hc) / (DeltaE_ (12 -> 13)) = (6.626 xx 10 ^ (- 34) J cdot s cdot 2.998 xx 10 ^ 8 m / s) / (3,84 xx 10 ^ (- 18) "J") #

# = 5,17 xx 10 ^ (- 8) "m" #

#=# #color (blau) "51,7 nm" #

Wie sich herausstellt, ist das Partikel an einem Ring für ein Benzolmodell wirksamer.