Broglie Atomic Modell: Egenskaper og begrensninger

Broglie-atommodellen ble foreslått av den franske fysikeren Louis Broglie i 1924. I doktorgradsoppgaven hevdet Broglie bølgenpartikkelenes dualitet av elektroner som legger grunnlaget for bølgemekanikk. Broglie publiserte viktige teoretiske funn om bølgekorpsulets natur i atomskalaen.

Senere ble Broglies uttalelser eksperimentelt demonstrert av forskerne Clinton Davisson og Lester Germer, i 1927. Broglies elektronbølgeteori bygger på Einsteins forslag om bølgelegenskapene til lys ved korte bølgelengder.

Broglie kunngjorde muligheten for at saken hadde en oppførsel som lignet lys og foreslo lignende egenskaper i subatomære partikler som elektroner.

Elektriske ladninger og baner begrenser amplitude, lengde og frekvens av bølgen beskrevet av elektroner. Broglie forklarte bevegelsen av elektroner rundt atomkjernen.

Kjennetegn ved Broglie-atommodellen

For å utvikle sitt forslag startet Broglie fra prinsippet om at elektroner hadde en dobbelt natur mellom bølge og partikkel, lik lys.

På denne måten gjorde Broglie en sammenligning mellom begge fenomenene, og basert på likningene utviklet av Einstein for studiet av lysets bølgeform, indikerte han følgende:

- Den totale energien til fotonet og dermed den totale energien til elektronen, kommer fra produktet av frekvensen av bølgen og Plank-konstanten (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x sekunder), som detaljer i følgende uttrykk:

I dette uttrykket:

E = energi av elektronen.

h = Plank konstant.

f = frekvens av bølgen.

- Fotografens lineære øyeblikk, og dermed av elektronen, er omvendt proporsjonalt med bølgelengden, og begge størrelser er relatert gjennom Plank-konstanten:

I dette uttrykket:

p = lineært øyeblikk av elektronen.

h = Plank konstant.

λ = bølgelengde.

- Den lineære momentum er produktet av massen av partikkelen med den hastigheten som partikkelen har under dens forskyvning.

Hvis det forrige matematiske uttrykket er omstrukturert som en funksjon av bølgelengden, har vi følgende:

I nevnte uttrykk:

λ = bølgelengde.

h = Plank konstant.

m = massen av elektronen.

v = elektronens hastighet.

Siden h, Plank-konstanten, har en liten verdi, er bølgelengden λ også. Følgelig er det mulig å angi at bølgenegenskapene til elektronen forekommer bare på atom- og subatomære nivåer.

- Broglie er også basert på postulatene til Bohrs atommodell. I følge sistnevnte er båndene til elektronene begrensede og kan bare være flere ganger av heltall. slik:

der:

λ = bølgelengde.

h = Plank konstant.

m = massen av elektronen.

v = elektronens hastighet.

r = baneens radius.

n = heltall

I følge Bohr-atommodellen, som Broglie antok som grunnlag, hvis elektronene oppfører seg som stående bølger, er de eneste tillatte bane de som har en helhet som er lik et heltall av bølgelengden A.

Derfor oppfyller ikke alle bane parametrene som er nødvendige for at et elektron kan bevege seg gjennom dem. Det er derfor elektronene kan bare bevege seg i bestemte baner.

Broglie-elektronernes bølgette rettferdiggjorde suksessen til Bohrs atommodell for å forklare oppførselen til hydrogenatomens enkelte elektron.

Tilsvarende ble det også lagt merke til hvorfor denne modellen ikke passet inn i mer komplekse systemer, det vil si atomer med mer enn en elektron.

Davisson og Germer eksperiment

Den eksperimentelle verifikasjonen av Broglie-atommodellen fant sted 3 år etter utgivelsen, i 1927.

De fremtredende amerikanske fysikerne Clinton J. Davisson og Lester Germer eksperimentelt bekreftet teorien om bølgemekanikk.

Davisson og Germer utførte spredningstester av en elektronstråle gjennom en nikkelkrystall og observert diffraksjonsfenomenet gjennom metallmediet.

Forsøket utført besto av å utføre følgende fremgangsmåte:

- I første omgang ble en montering med en elektronstråle som hadde en kjent innledende energi plassert.

- En spenningskilde ble installert for å akselerere bevegelsen av elektroner, noe som førte til en potensiell forskjell.

- Strømmen av elektronstrålen ble rettet mot en metallisk krystall; i dette tilfellet nikkel.

- Antallet elektroner som påvirket nikkelkrystallen ble målt.

På slutten av forsøket oppdaget Davisson og Germer at elektronene ble spredt i forskjellige retninger.

Ved å gjenta forsøket ved å bruke metallkrystaller med forskjellige orienteringer, oppdaget forskerne følgende:

- Spredningen av elektronstrålen gjennom metallkrystallen var sammenlignbar med fenomenet interferens og diffraksjon av lysstrålene.

- Refleksjonen av elektronene på effektkrystallet beskrev banen som, teoretisk sett, skulle beskrives i henhold til Broglie-elektronbølgeteorien.

Kort sagt, eksperimentet av Davisson og Germer viste eksperimentelt den elektroniske dobbeltbølge-partikkel-naturen.

begrensninger

Broglie-atommodellen forutsier ikke nøyaktig plasseringen av elektronen på bane hvor den beveger seg.

I denne modellen blir elektroner oppfattet som bølger som beveger seg rundt bane uten en bestemt plassering, som introduserer begrepet elektronisk bane.