- Характеристики модели атома де Бройля
- Эксперимент Дэвиссона и Гермера
- Ограничения
- Интересные статьи
- Ссылки
Де Бройля модель атома была предложена французским физиком Луи Бройля в 1924 году в своей докторской диссертации, Бройль утверждал корпускулярно - волновой дуализм электронов, закладывая основы волновой механики. Бройль опубликовал важные теоретические открытия о корпускулярно-волновой природе материи на атомном уровне.
Позже утверждения де Бройля были экспериментально продемонстрированы учеными Клинтоном Дэвиссоном и Лестером Гермером в 1927 году. Теория электронных волн Де Бройля основана на предположении Эйнштейна о волновых свойствах света на коротких волнах.
Бройль объявил о возможности того, что материя имеет поведение, подобное поведению света, и предположил аналогичные свойства у субатомных частиц, таких как электроны.
Электрические заряды и орбиты ограничивают амплитуду, длину и частоту волны, описываемой электронами. Бройль объяснил движение электронов вокруг ядра атома.
Характеристики модели атома де Бройля
Развивая свое предложение, Бройль исходил из принципа, что электроны имеют двойную природу между волной и частицей, как и свет.
В этом смысле Бройль провел сравнение между обоими явлениями и на основе уравнений, разработанных Эйнштейном для изучения волновой природы света, указал следующее:
- Полная энергия фотона и, следовательно, полная энергия электрона, получается из произведения частоты волны и постоянной Планка (6,62606957 (29) × 10 -34 Джулса x секунды), как показано подробно в следующем выражении:
В этом выражении:
E = энергия электрона.
h = постоянная Планка.
f = частота волны.
- Импульс фотона и, следовательно, электрона обратно пропорционален длине волны, и обе величины связаны через постоянную Планка:
В этом выражении:
p = импульс электрона.
h = постоянная Планка.
λ = длина волны.
- Линейный импульс - это произведение массы частицы и скорости, которую частица имеет во время своего перемещения.
Если приведенное выше математическое выражение преобразовать в функцию от длины волны, мы получим следующее:
В этом выражении:
λ = длина волны.
h = постоянная Планка.
m = масса электрона.
v = скорость электрона.
Поскольку h, постоянная Планка, имеет малое значение, длина волны λ тоже. Следовательно, можно утверждать, что волновые свойства электрона проявляются только на атомном и субатомном уровнях.
- Бройль также исходит из постулатов атомной модели Бора. Согласно последнему, орбиты электронов ограничены и могут быть только кратными целым числам. Так:
Куда:
λ = длина волны.
h = постоянная Планка.
m = масса электрона.
v = скорость электрона.
r = радиус орбиты.
n = целое число.
Согласно атомной модели Бора, которую Бройль взял за основу, если электроны ведут себя как стоячие волны, единственными разрешенными орбитами являются те, радиус которых равен целому кратному длине волны λ.
Следовательно, не все орбиты соответствуют параметрам, необходимым для движения электрона по ним. Вот почему электроны могут двигаться только по определенным орбитам.
Теория электронных волн де Бройля оправдала успех атомной модели Бора в объяснении поведения одного электрона атома водорода.
Точно так же это также пролило свет на то, почему эта модель не подходит для более сложных систем, то есть атомов с более чем одним электроном.
Эксперимент Дэвиссона и Гермера
Экспериментальная проверка атомной модели де Бройля состоялась через 3 года после ее публикации, в 1927 году.
Ведущие американские физики Клинтон Дж. Дэвиссон и Лестер Гермер экспериментально подтвердили теорию волновой механики.
Дэвиссон и Гермер провели испытания на рассеяние электронного луча через кристалл никеля и наблюдали явление дифракции через металлическую среду.
Проведенный эксперимент заключался в проведении следующей процедуры:
- В первую очередь, была размещена сборка электронного пучка с известной начальной энергией.
- Установлен источник напряжения для ускорения движения электронов за счет разности потенциалов.
- поток электронного луча был направлен на металлический кристалл; в данном случае никель.
- Было измерено количество электронов, столкнувшихся с кристаллом никеля.
В конце эксперимента Дэвиссон и Гермер обнаружили, что электроны рассеиваются в разных направлениях.
Повторяя эксперимент с использованием металлических кристаллов разной ориентации, ученые обнаружили следующее:
- Рассеяние электронного луча через металлический кристалл было сопоставимо с явлением интерференции и дифракции световых лучей.
- Отражение электронов от ударного кристалла описывало траекторию, которую он теоретически должен описывать в соответствии с теорией электронных волн де Бройля.
Короче говоря, эксперимент Дэвиссона и Гермера экспериментально подтвердил дуальную волновую и частичную природу электронов.
Ограничения
Атомная модель де Бройля не предсказывает точное положение электрона на орбите, по которой он движется.
В этой модели электроны воспринимаются как волны, которые движутся по орбите без определенного местоположения, тем самым вводя понятие электронной орбитали.
Кроме того, модель атома де Бройля, аналогичная модели Шредингера, не рассматривает вращение электронов вокруг своей оси (спина).
Пренебрегая собственным угловым моментом электронов, мы пренебрегаем пространственными вариациями этих субатомных частиц.
Точно так же эта модель также не учитывает изменения в поведении быстрых электронов как следствие релятивистских эффектов.
Интересные статьи
Атомная модель Шредингера.
Атомная модель Чедвика.
Модель атома Гейзенберга.
Атомная модель Перрина.
Атомная модель Томсона.
Атомная модель Дальтона.
Атомная модель Дирака Джордана.
Атомная модель Демокрита.
Атомная модель Бора.
Ссылки
- Квантовая теория Бора и волны Де Бройля (б. Д.). Получено с: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Луи де Бройль - Биографический (1929). © Нобелевский фонд. Получено с: nobelprize.org
- Луи-Виктор де Бройль (nd). Получено с: chemed.chem.purdue.edu
- Ловетт, Б. (1998). Луи де Бройль. Encyclopdia Britannica, Inc. Получено с: britannica.com
- Атомная модель де Бройля. Национальный университет дистанционного образования. Испания. Получено с: ocw.innova.uned.es
- «Волны материи» Луи де Бройля (nd). Получено с: hiru.eus
- Фон Памель, О., и Маркизио, С. (nd). Квантовая механика. Национальный университет Росарио. Получено с: fceia.unr.edu.ar