Поділитися:
Атомна модель характеристик, постулатів і обмежень Соммерфельда
The Атомна модель Зоммерфельда є вдосконаленою версією моделі Бора, в якій поведінка електронів пояснюється існуванням різних рівнів енергії в атомі. Арнольд Зоммерфельд опублікував свою пропозицію в 1916 році, пояснюючи обмеження цієї моделі, застосовуючи теорію відносності Ейнштейна..
Видатний німецький фізик встановив, що в деяких атомах електрони досягали швидкостей, близьких до швидкості світла. Враховуючи це, він вирішив засновувати свій аналіз на релятивістській теорії. Це рішення було спірним для того часу, оскільки теорія відносності досі не була прийнята в науковій спільноті.
Таким чином, Зоммерфельд кинув виклик науковим заповідям того часу і прийняв інший підхід до атомного моделювання.
Індекс
- 1 Характеристики
- 1.1 Обмеження атомної моделі Бора
- 1.2 Внесок Соммерфельда
- 2 Експеримент
- 3 Постулати
- 3.1 Головне квантове число "n"
- 3.2 Вторинне квантове число "I"
- 4 Обмеження
- 5 Посилання
Особливості
Обмеження атомної моделі Бора
Атомна модель Зоммерфельда виникає для вдосконалення недоліків атомної моделі Бора. Пропозиції цієї моделі, у великих штрихах, такі:
- Електрони описують кругові орбіти навколо ядра, не випромінюючи енергію.
- Не всі орбіти були можливі. Дозволені тільки орбіти, чий імпульс електрона відповідає певним характеристикам. Варто зазначити, що момент імпульсу частки залежить від збірки всіх його величин (швидкості, маси і відстані) по відношенню до центру повороту.
- Енергія, що вивільняється, коли електрон спускається з однієї орбіти на іншу, випромінюється у вигляді світлової енергії (фотона).
Хоча атомна модель Бора чудово описувала поведінку атома водню, його постулати не можна було відтворити до інших типів елементів.
При аналізі спектрів, отриманих від атомів елементів, відмінних від водню, було виявлено, що електрони, розташовані на одному рівні енергії, можуть містити різні енергії.
Таким чином, кожна з основ моделі була спростована з точки зору класичної фізики. У наступному списку наведено детальні теорії, що суперечать моделі, відповідно до попередньої нумерації:
- Відповідно до електромагнітних законів Максвелла, всі заряди, піддані певному прискоренню, випромінюють енергію у вигляді електромагнітного випромінювання..
- Враховуючи позицію класичної фізики, було немислимо, що електрон не може вільно обертатися на будь-якій відстані від ядра.
- На той час наукове співтовариство твердо переконалося в хвильовій природі світла, і ідея представлення себе як частки досі не розглядалася..
Внесок Соммерфельда
Арнольд Соммерфельд дійшов висновку, що різниця енергії між електронами - хоча вони були на одному і тому ж рівні енергії - обумовлена наявністю підрівнів енергії на кожному рівні.
Зоммерфельд покладався на закон Кулона, щоб стверджувати, що якщо електрон піддається силі, обернено пропорційній квадрату відстані, описаний шлях повинен бути еліптичним і не строго круговим..
Крім того, він базувався на теорії відносності Ейнштейна для того, щоб дати різний вигляд електронам, і оцінити їх поведінку, виходячи зі швидкостей, досягнутих цими фундаментальними частинками..
Експеримент
Використання спектроскопів з високою роздільною здатністю для аналізу теорії атомів показало існування дуже тонких спектральних ліній, які Нільс Бор не виявив, і для яких запропонована ним модель не дала рішення.
З огляду на це, Зоммерфельд повторив експерименти розкладання світла в його електромагнітному спектрі за допомогою електроскопів наступного покоління..
Зі своїх досліджень Соммерфельд зробив висновок, що енергія, що міститься в стаціонарній орбіті електрона, залежить від довжини півволн еліпса, що описує цю орбіту..
Ця залежність задається часткою, що існує між довжиною великої піввіси і довжиною великої осі еліпса, і його значення є відносним..
Тому, коли електрон змінюється з одного енергетичного рівня на інший, різні орбіти можуть бути включені в залежності від довжини великої осі еліпса..
Крім того, Зоммерфельд також зауважив, що спектральні лінії розгортаються. Пояснення того, що вчений приписував це явище, - це універсальність орбіт, оскільки вони можуть бути або еліптичними, або круговими.
Таким чином, Зоммерфельд пояснив, чому тонкі спектральні лінії були оцінені при виконанні аналізу спектроскопом.
Постулати
Після декількох місяців досліджень із застосуванням кулонівського закону та теорії відносності для пояснення недоліків моделі Бора, в 1916 році Соммерфельд оголосив про дві основні модифікації на згаданій моделі:
- Орбіти електронів можуть бути круговими або еліптичними.
- Електрони досягають релятивістських швидкостей; тобто значення, близькі до швидкості світла.
Зоммерфельд визначив дві квантові змінні, які дозволяють описувати орбітальний момент і форму орбіти для кожного атома. Це:
Головне квантове число "n"
Квантування напівнайбільшої осі еліпса, описаного електроном.
Вторинне квантове число "I"
Квантують незначну піввісь еліпса, описаного електроном.
Це останнє значення, також відоме як азимутальне квантове число, було позначено літерою "I" і отримало значення в діапазоні від 0 до n-1, де n - головне квантове число атома.
Залежно від значення азимутального квантового числа, Зоммерфельд присвоїв різним номіналам орбіти, як описано нижче:
- l = 0 → S орбіталі.
- l = 1 → основна орбітальна орбітальна стор.
- l = 2 → дифузна орбітальна орбітальна d.
- I = 3 → фундаментальна орбітальна орбітальна f.
Крім того, Зоммерфельд вказав, що ядро атомів не є статичним. Згідно з запропонованою ним моделлю, як ядро, так і електрони рухаються навколо центру мас атома.
Обмеження
Основними недоліками атомної моделі Зоммерфельда є наступні:
- Припущення, що момент моменту квантується як добуток маси за швидкістю і радіусом руху, є помилковим. Кутовий момент залежить від природи електронної хвилі.
- Модель не вказує, що викликає стрибок електрона з однієї орбіти на іншу, і не може описати поведінку системи при переході електрона між стабільними орбітами..
- За правилами моделі неможливо знати інтенсивність спектральних частот випромінювання.
Список літератури
- Bathia, L. (2017). Атомна модель Зоммерфельда. Отримано з: chemistryonline.guru.
- Поясніть детально, як Зоммерфельд розширив теорію Бора (с.ф.). Отримано з: thebigger.com
- Мендес, А. (2010). Атомна модель Зоммерфельда. Отримано з: quimica.laguia2000.com
- Атомна модель Бора-Зоммерфельда (с.ф.). IES Магдалена. Авілес, Іспанія. Отримано з: fisquiweb.es
- Parker, P. (2001). Модель атома Бора-Зоммерфельда. Проект Physnet. Університет штату Мічиган. Мічиган, США Отримано з: physnet.org