- Caracteristicile modelului atomic de Broglie
- Davisson și Germer experimentează
- limitări
- Articole de interes
- Referințe
Modelul atomic de Broglie a fost propus de fizicianul francez Louis Broglie în 1924. În teza sa de doctorat, Broglie a afirmat dualitatea undă-particule a electronilor, punând bazele mecanicii de undă. Broglie a publicat descoperiri teoretice importante privind natura corpului-undă a materiei la scara atomică.
Ulterior, declarațiile de Broglie au fost demonstrate experimental de oamenii de știință Clinton Davisson și Lester Germer, în 1927. Teoria undei electronice a lui De Broglie se bazează pe propunerea lui Einstein privind proprietățile undelor luminii la lungimi de undă scurte.
Broglie a anunțat posibilitatea ca materia să aibă un comportament similar cu cel al luminii și a sugerat proprietăți similare în particulele subatomice precum electronii.
Sarcinile și orbitele electrice restricționează amplitudinea, lungimea și frecvența undei descrise de electroni. Broglie a explicat mișcarea electronilor în jurul nucleului atomic.
Caracteristicile modelului atomic de Broglie
Pentru a-și dezvolta propunerea, Broglie a pornit de la principiul potrivit căruia electronii aveau o dublă natură între undă și particule, similar cu lumina.
În acest sens, Broglie a făcut un simil între ambele fenomene și, pe baza ecuațiilor dezvoltate de Einstein pentru studiul naturii valurilor luminii, a indicat următoarele:
- Energia totală a fotonului și, în consecință, energia totală a electronului, rezultă din produsul frecvenței de undă și a constantei lui Plank (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x secunde), după cum se arată detaliat în următoarea expresie:
În această expresie:
E = energia electronului.
h = constanta lui Plank.
f = frecvența undei.
- Momentul liniar al fotonului și, prin urmare, al electronului, este invers proporțional cu lungimea de undă și ambele magnitudini sunt legate prin constanta lui Plank:
În această expresie:
p = impulsul electronului.
h = constanta lui Plank.
λ = lungimea de undă.
- Momentul liniar este produsul masei particulei și viteza pe care o are particulele în timpul deplasării sale.
Dacă expresia matematică de mai sus este restructurată ca funcție a lungimii de undă, avem următoarele:
În această expresie:
λ = lungimea de undă.
h = constanta lui Plank.
m = masa electronului.
v = viteza electronului.
Deoarece h, constanta lui Plank, are o valoare mică, la fel și lungimea de undă λ. În consecință, este posibil să se afirme că proprietățile de undă ale electronului apar numai la nivel atomic și subatomic.
- Broglie se bazează și pe postulatele modelului atomic al lui Bohr. Conform acestuia din urmă, orbitele electronilor sunt limitate și nu pot fi decât multipli de numere întregi. Asa de:
Unde:
λ = lungimea de undă.
h = constanta lui Plank.
m = masa electronului.
v = viteza electronului.
r = raza orbitei.
n = număr întreg.
Conform modelului atomic al lui Bohr, pe care Broglie l-a adoptat ca bază, dacă electronii se comportă ca undele în picioare, singurele orbite permise sunt cele a căror rază este egală cu un multiplu întreg al lungimii de undă λ.
Prin urmare, nu toate orbitele îndeplinesc parametrii necesari pentru ca un electron să se deplaseze prin ele. Acesta este motivul pentru care electronii se pot deplasa doar pe orbite specifice.
Teoria undelor electronice de Broglie a justificat succesul modelului atomic al lui Bohr în explicarea comportamentului unui singur electron al atomului de hidrogen.
În mod similar, a arătat și motivul pentru care acest model nu se potrivea cu sisteme mai complexe, adică atomi cu mai mult de un electron.
Davisson și Germer experimentează
Verificarea experimentală a modelului atomic de Broglie a avut loc la 3 ani de la publicarea sa, în 1927.
Fizicienii americani de top Clinton J. Davisson și Lester Germer au confirmat experimental teoria mecanicii de unde.
Davisson și Germer au efectuat teste de împrăștiere a unui fascicul de electroni printr-un cristal de nichel și au observat fenomenul de difracție prin mediul metalic.
Experimentul efectuat a constat în efectuarea următoarei proceduri:
- În primul caz, a fost plasat un ansamblu cu fascicul de electroni care avea o energie inițială cunoscută.
- S-a instalat o sursă de tensiune pentru a accelera mișcarea electronilor prin incitarea unei diferențe de potențial.
- Fluxul fasciculului de electroni a fost direcționat către un cristal metalic; în acest caz, nichel.
- A fost măsurat numărul de electroni care au impact asupra cristalului de nichel.
La sfârșitul experimentării, Davisson și Germer au detectat că electronii erau împrăștiați în direcții diferite.
Repetând experimentul folosind cristale metalice cu diferite orientări, oamenii de știință au detectat următoarele:
- împrăștierea fasciculului de electroni prin cristalul metalic a fost comparabilă cu fenomenul de interferență și difracție a razelor de lumină.
- Reflectarea electronilor asupra cristalului de impact a descris traiectoria pe care, teoretic, ar trebui să o descrie conform teoriei undelor electronice de Broglie.
Pe scurt, experimentul Davisson și Germer au verificat experimental natura cu două particule de undă a electronilor.
limitări
Modelul atomic de Broglie nu prezice locația exactă a electronului pe orbita pe care călătorește.
În acest model, electronii sunt percepuți ca unde care se deplasează pe orbita fără o locație specifică, introducând astfel conceptul de orbital electronic.
Mai mult, modelul atomic de Broglie, analog modelului Schrödinger, nu are în vedere rotirea electronilor în jurul aceleiași axe (rotire).
Prin ignorarea momentului unghiular intrinsec al electronilor, sunt neglijate variațiile spațiale ale acestor particule subatomice.
În aceeași ordine de idei, acest model nu ține cont, de asemenea, de modificările comportamentului electronilor rapide ca urmare a efectelor relativiste.
Articole de interes
Modelul atomic al lui Schrödinger.
Modelul atomic al lui Chadwick.
Model atomic Heisenberg.
Modelul atomic al lui Perrin.
Modelul atomic al lui Thomson.
Modelul atomic al lui Dalton.
Model atomic Dirac Jordan.
Modelul atomic al lui Democrit.
Modelul atomic al lui Bohr.
Referințe
- Teoria cuantică a lui Bohr și valurile lui De Broglie (nd). Recuperat din: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biografic (1929). © Fundația Nobel. Recuperat de la: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Recuperat din: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperat de la: britannica.com
- Modelul atomic al lui De Broglie. Universitatea Națională de Învățământ la Distanță. Spania. Recuperat din: ocw.innova.uned.es
- Waves Of Matter De Louis De Broglie (nd). Recuperat din: trei.eus
- Von Pamel, O., și Marchisio, S. (nd). Mecanica cuantică. Universitatea Națională din Rosario. Recuperat din: fceia.unr.edu.ar