Atom Modell av Sommerfeld: Karakteristika, postulater og begrensninger

Sommerfelds atommodell er en forbedret versjon av Bohr-modellen, der elektronikkens oppførsel forklares av eksistensen av forskjellige energinivåer i atom. Arnold Sommerfeld publiserte sitt forslag i 1916 og forklarte begrensningene i denne modellen ved å anvende Einsteins relativitetsteori.

Den utestående tyske fysikeren fant at i noen atomer nådde elektronene hastigheter nær lysets hastighet. I lys av dette valgte han å basere sin analyse på relativistisk teori. Denne beslutningen var kontroversiell for tiden, siden relativitetsteorien ikke var blitt akseptert i det vitenskapelige samfunn da.

På denne måten utfordret Sommerfeld de vitenskapelige forskriftene til tiden og ga en annen tilnærming til atommodellering.

funksjoner

Begrensninger av Bohr-atommodellen

Sommerfelds atommodell oppstår for å perfeksjonere manglene i Bohr-atommodellen. Forslagene til denne modellen, i brede slag, er følgende:

- Elektroner beskriver sirkulære baner rundt kjernen, uten å utstråle energi.

- Ikke alle baner var mulige. Bare baner aktiveres hvis vinkelmomentet i elektronen oppfyller visse egenskaper. Det er verdt å merke seg at vinkelmomentet i en partikkel er avhengig av et kompendium av alle dens størrelser (hastighet, masse og avstand) i forhold til rotasjonssenteret.

- Energien som slippes ut når et elektron faller fra en bane til en annen, sendes ut i form av lysenergi (foton).

Selv om Bohrs atommodell perfekt beskrev oppførelsen av hydrogenatomet, var postulatene ikke repliserbare til andre typer elementer.

Ved analysering av spektrene oppnådd fra atomer av andre elementer enn hydrogen ble det påvist at elektroner som befinner seg på samme energinivå, kunne inneholde forskjellige energier.

Dermed var hver av modellens grunner refutable fra den klassiske fysikkens perspektiv. I den følgende listen er detaljert de teoriene som står i motsetning til modellen, i henhold til forrige nummerering:

- I følge Maxwells elektromagnetiske lover gir alle laster utsatt for en viss akselerasjon energi i form av elektromagnetisk stråling.

- Gitt plasseringen av klassisk fysikk var det utænkelig at et elektron ikke kunne bane fritt i noen avstand fra kjernen.

- På det tidspunkt hadde det vitenskapelige samfunn en fast overbevisning om lysets bølgeart, og ideen om at den er til stede som en partikkel, ble ikke vurdert til da.

Sommerfelds bidrag

Arnold Sommerfeld konkluderte med at forskjellen i energi mellom elektronene - selv om de var på samme energinivå - skyldtes eksistensen av energinivåer innenfor hvert nivå.

Sommerfeld stolte på Coulombs lov til å si at hvis et elektron blir utsatt for en kraft som er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden, bør den beskrevne banen være elliptisk og ikke strengt sirkulær.

I tillegg var det basert på Einsteins relativitetsteori for å gi en annen behandling til elektroner, og å evaluere deres oppførsel basert på hastighetene nådd av disse fundamentale partiklene.

eksperiment

Bruken av høyoppløselige spektroskoper for analyse av atomteorien viste at eksistensen av meget fine spektrale linjer som Niels Bohr ikke hadde oppdaget, og for hvilken modellen han foreslått ikke ga en løsning.

På bakgrunn av dette gjentok Sommerfeld eksperimentene med lysnedbrytning i sitt elektromagnetiske spektrum ved bruk av neste generasjons elektroskoper da.

Fra hans undersøkelser utledde Sommerfeld at energien i elektronens stasjonære bane avhenger av lengdene av ellipsens semisekser som beskriver denne bane.

Denne avhengigheten er gitt av kvotienten som eksisterer mellom lengden av halvmåneaksen og lengden av halvaksen i ellipsen, og dens verdi er relativ.

Derfor, når et elektron endrer seg fra ett energinivå til et annet lavere, kan forskjellige baner aktiveres avhengig av lengden på halvmåneaksen til ellipsen.

I tillegg observerte Sommerfeld også at spektrallinjer ble utfoldet. Forklaringen at forskeren tilskrevet dette fenomenet var allsidigheten til banene, siden disse kunne være elliptiske eller sirkulære.

På denne måten forklart Sommerfeld hvorfor tynne spektrale linjer ble verdsatt når analysen ble utført med spektroskopet.

postulater

Etter flere måneder med studier som anvendte Coulomb-loven og relativitetsteorien for å forklare manglene i Bohr-modellen, annonserte Sommerfeld i 1916 to grunnleggende modifikasjoner på nevnte modell:

- Baner av elektroner kan være sirkulære eller elliptiske.

- Elektroner når relativistiske hastigheter; det vil si verdier nær lysets hastighet.

Sommerfeld definerte to kvantumvariabler som tillater å beskrive orbital vinkelmomentet og formen til orbitalet for hvert atom. Disse er:

Hovedkvantumnummer "n"

Kvantiser halvaksen av ellipsen beskrevet av elektronen.

Sekundært kvante nummer "jeg"

Kvantiser ellipsens mindre semiaxis beskrevet av elektronen.

Denne siste verdien, også kjent som azimutalt kvantumnummer, ble betegnet med bokstaven "I" og anskaffer verdier som varierer fra 0 til n-1, hvor n er atomets hovedkvantumtal.

Avhengig av verdien av det azimutale kvantumtalet, tildelte Sommerfeld forskjellige benevnelser for banene, som beskrevet nedenfor:

- l = 0 → S. orbitaler

- l = 1 → main orbital orbital s.

- l = 2 → diffus orbital orbital d.

- I = 3 → fundamental orbital orbital f.

I tillegg indikerte Sommerfeld at atomkernen ikke var statisk. Ifølge modellen foreslått av ham, beveger både kjernen og elektronene seg rundt atomens masse.

begrensninger

De viktigste manglene i Sommerfelds atommodell er følgende:

- Forutsetningen om at vinkelmomentet kvantiseres som et produkt av masse ved hastighet og bevegelsesradius er falsk. Vinkelmomentet avhenger av elektronens bølge.

- Modellen spesifiserer ikke hva som utløser et elektrons hopp fra en omgang til et annet, og kan heller ikke beskrive systemets oppførsel under overgangen av elektronen mellom stabile baner.

- Under modellens forskrifter er det umulig å vite intensiteten av spektralutslippsfrekvensene.