Wie ermöglicht QM die Abbildung einzelner Elektronenorbitale?

Frage: Warum erlaubt die Unschärferelation die Untersuchung von Eigenschaften, die für die Elektronenorbitalverteilung spezifisch sind? Wenn Sie die Position / den Impuls eines Elektrons messen, befindet es sich nach der Messung offensichtlich nicht mehr in genau derselben Umlaufbahn. Was ist los?

Kürzlich hat eine neue AFM- Technik es Forschern ermöglicht, zwischen verschiedenen Arten chemischer Bindungen zu unterscheiden ( Link zum Dokument ). Die veröffentlichten Ergebnisse unterscheiden deutlich Informationen über Bindungselektronen ( spezifisch für Benzolstrukturen ).

Hexabenzocoronen-Bild

Was sagt die Quantenmechanik über die Variabilität der Messung von Elektronen in kohärenten Zuständen aus ? Müssen die Orbitale aufgeregt sein , um Informationen darüber zu erhalten? Geben sie dann eine Emission ab, um in den Grundzustand zurückzukehren? Wenn die Elektronen bei diesen Prozessen nicht aktiv gestört werden, wäre das nicht ein eklatanter Verstoß gegen die Unschärferelation? Was sind die statistischen Einschränkungen, um Informationen über ein Elektronenorbital zu erhalten? Könnten Sie theoretisch die exakte 3D-Wellenfunktion eines Orbitals experimentell abbilden?

Ich möchte, dass diese Frage für die Methode wie AFM agnostisch ist, obwohl AFM für mich besonders verwirrend erscheint. So wie ich die Idee verstehe, bewegt es eine Spitze entlang einer Oberfläche und erkennt leichte Bewegungen, wenn es sich über Buckel bewegt. Sie können sich ein einzelnes Elektronenorbital als Buckel vorstellen und die Sonde, die sich darüber bewegt, wird aufgrund der elektrostatischen Anziehung oder Abstoßung ständig nach oben oder unten gedrückt. Aber das ist eindeutig falsch! Ein solcher Prozess konnte nicht reibungslos ablaufen.

Ich denke, die korrekte theoretische Beschreibung ist die einer 1-Teilchen-Dichtematrix. Tatsächlich messen die meisten lokalisierten Sonden so etwas wirklich, im Gegensatz zu "der Wellenfunktion".
@genneth Ja, ich hätte die Dichtematrix sagen sollen.

Antworten (2)

Molekülorbitale sind :

Molekülorbitale (MOs) stellen Regionen in einem Molekül dar, in denen sich wahrscheinlich ein Elektron befindet

Sie sind kein Teilchen, das Elektron, sie sind ein Ort, daher ist die Heisenberg-Unschärfe irrelevant, weil sie keine einzelne Wechselwirkung darstellen.

Sie erforschen das kollektive Feld der molekularen Struktur. Sie arbeiten im Kontinuum mit Röntgenstrahlen, die nicht in der Größenordnung der quantenmechanisch diskreten Spektren der an die Molekülstruktur gebundenen Elektronen liegen. Es gibt Kontinuum-Photonen-Molekül-Streuung, und das untersuchen sie.

Betrachten Sie als Analogon einen einfachen Potentialtopf, der ein System beschreibt. Es gibt die gebundenen Zustände und es gibt das Kontinuum. Bei Streuung mit positiver Energie über die Vertiefungen sind entsprechend dem gebundenen Zustand verfügbare Energien zu erkennen. Die Sonden arbeiten auf ähnliche Weise.

Ich stimme Ihrer Aussage über Röntgenstrahlen nicht zu, sie wurden kürzlich verwendet, um chemische Bindungen zu untersuchen: Physicsworld.com/cws/article/news/2012/aug/30/…
@Shaktyai Dies scheint eine ähnliche Technik zu sein, die AlanSE diskutiert. Es ist Kontinuumstreuung und keine Anregung spezifischer gebundener Zustände. Die Quantenmechanik hat elastische Streuung und Compton-Streuung usw., die keine diskreten Übergänge im gebundenen Zustand sind.
Meine Bemerkung bezog sich genau auf diesen Teil Ihrer Antwort: „Sie arbeiten im Kontinuum mit Röntgenstrahlen, die nicht in der Größenordnung der quantenmechanisch diskreten Spektren der an die Molekülstruktur gebundenen Elektronen liegen“. Im Papier interagieren Valenzelektronen mit Röntgenstrahlen.
@Shaktyai Sie nennen es einen "Wellenmischmechanismus" und nirgendwo in der Beschreibung sprechen sie von Übergängen und / oder Störungen des Gitters. Es ist eine komplizierte Streuung, bei der ein Teil der kollektiven Kristallenergie auf den Röntgenstrahl übertragen wird. Nirgendwo steht, dass die Valenzelektronen ihre Bahnen wechseln.
Ich habe es auch nie gesagt, dass Elektronen Orbitale aufgrund von Röntgenabsorption ändern ....

AFM misst eine Kraft, die mehr oder weniger direkt mit der Position von Elektronen oder Atomen verbunden ist. Es misst nicht sowohl Positionen als auch Impuls, verstößt also nicht gegen Heisenbergs Unschärferelation. Und denken Sie daran, dass all die schönen Bilder, die wir sehen, computergeneriert sind. Ich kann die Referenz nicht finden, aber die Interpretation von AFM-Bildern, auf denen man Atome auf einer Oberfläche sieht, wurde kontrovers diskutiert. Wissenschaftler waren sich nicht so sicher, wo sie die Atome genau lokalisieren sollten.

Wie ermöglicht QM die Abbildung einzelner Elektronenorbitale?
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