Chia sẻ:
Đặc điểm và giới hạn mô hình nguyên tử Broglie
các Mô hình nguyên tử Broglie được đề xuất bởi nhà vật lý người Pháp Louis Broglie vào năm 1924. Trong luận án tiến sĩ của mình, Broglie đã khẳng định tính lưỡng tính sóng hạt của các electron, đặt nền móng cho cơ học sóng. Broglie đã công bố những phát hiện lý thuyết quan trọng về bản chất sóng của vật chất ở quy mô nguyên tử.
Sau đó, các tuyên bố của Broglie đã được các nhà khoa học Clinton Davisson và Lester Germer chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1927. Lý thuyết sóng điện tử Broglie dựa trên đề xuất của Einstein về tính chất sóng của ánh sáng ở bước sóng ngắn.
Broglie tuyên bố khả năng vật chất có hành vi tương tự như ánh sáng và đề xuất các tính chất tương tự trong các hạt hạ nguyên tử như electron.
Các điện tích và quỹ đạo hạn chế biên độ, chiều dài và tần số của sóng được mô tả bởi các điện tử. Broglie giải thích sự chuyển động của các electron xung quanh hạt nhân nguyên tử.
Chỉ số
- 1 Đặc điểm của mô hình nguyên tử Broglie
- 2 thí nghiệm Davisson và Germer
- 3 hạn chế
- 4 bài viết quan tâm
- 5 tài liệu tham khảo
Đặc điểm của mô hình nguyên tử Broglie
Để phát triển đề xuất của mình, Broglie bắt đầu từ nguyên tắc các electron có bản chất kép giữa sóng và hạt, tương tự như ánh sáng.
Theo nghĩa này, Broglie đã so sánh giữa cả hai hiện tượng và dựa trên các phương trình do Einstein phát triển để nghiên cứu bản chất sóng của ánh sáng, ông chỉ ra những điều sau đây:
- Tổng năng lượng của photon và, do đó, tổng năng lượng của electron, là kết quả của tích của tần số của sóng và hằng số Plank (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x giây), như chi tiết trong biểu thức sau:
Trong biểu thức này:
E = năng lượng điện tử.
h = hằng số ván.
f = tần số của sóng.
- Mốc tuyến tính của photon, và do đó, của electron, tỷ lệ nghịch với bước sóng và cả hai cường độ đều liên quan đến hằng số Plank:
Trong biểu thức này:
p = mô men tuyến tính của electron.
h = hằng số ván.
= bước sóng.
- Động lượng tuyến tính là tích của khối lượng của hạt bằng tốc độ mà hạt có trong quá trình dịch chuyển của nó.
Nếu biểu thức toán học trước được cấu trúc lại dưới dạng hàm của bước sóng, chúng ta có:
Trong biểu hiện nói:
= bước sóng.
h = hằng số ván.
m = khối lượng của electron.
v = tốc độ điện tử.
Vì h, hằng số Plank, có giá trị nhỏ, bước sóng λ cũng vậy. Do đó, có thể khẳng định rằng tính chất sóng của electron chỉ xảy ra ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử.
- Broglie cũng dựa trên các định đề của mô hình nguyên tử của Bohr. Theo sau này, quỹ đạo của các electron bị giới hạn và chỉ có thể là bội số của số nguyên. Như vậy:
Ở đâu:
= bước sóng.
h = hằng số ván.
m = khối lượng của electron.
v = tốc độ điện tử.
r = bán kính quỹ đạo.
n = toàn bộ số.
Theo mô hình nguyên tử Bohr, mà Broglie đã sử dụng làm cơ sở, nếu các electron hoạt động giống như sóng đứng, các quỹ đạo được phép duy nhất là những quỹ đạo có bán kính bằng bội số tích phân của bước sóng.
Do đó, không phải tất cả các quỹ đạo đều đáp ứng các thông số cần thiết để một electron di chuyển qua chúng. Đó là lý do tại sao các electron chỉ có thể di chuyển trên các quỹ đạo cụ thể.
Lý thuyết sóng của các electron Broglie đã chứng minh sự thành công của mô hình nguyên tử Bohr để giải thích hành vi của một electron của nguyên tử hydro.
Tương tự, nó cũng làm sáng tỏ lý do tại sao mô hình này không phù hợp với các hệ thống phức tạp hơn, đó là, các nguyên tử có nhiều hơn một điện tử.
Thí nghiệm Davisson và Germer
Việc xác minh thử nghiệm mô hình nguyên tử Broglie diễn ra 3 năm sau khi được công bố, vào năm 1927.
Các nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ Clinton J. Davisson và Lester Germer đã thực nghiệm xác nhận lý thuyết về cơ học sóng.
Davisson và Germer đã thực hiện các thử nghiệm tán xạ chùm tia điện tử qua tinh thể niken và quan sát hiện tượng nhiễu xạ qua môi trường kim loại.
Thí nghiệm được thực hiện bao gồm thực hiện quy trình sau:
- Trong trường hợp đầu tiên, một tổ hợp với chùm electron được đặt có năng lượng ban đầu đã biết.
- Một nguồn điện áp đã được cài đặt để tăng tốc độ di chuyển của các điện tử, tạo ra sự khác biệt tiềm năng.
- Dòng chảy của chùm electron được hướng vào một tinh thể kim loại; trong trường hợp này, niken.
- Số lượng electron tác động lên tinh thể niken được đo.
Vào cuối thí nghiệm, Davisson và Germer phát hiện ra rằng các electron bị phân tán theo các hướng khác nhau.
Bằng cách lặp lại thí nghiệm sử dụng các tinh thể kim loại với các định hướng khác nhau, các nhà khoa học đã phát hiện ra những điều sau đây:
- Sự tán sắc của chùm electron qua tinh thể kim loại có thể so sánh với hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ của các tia sáng.
- Sự phản xạ của các electron trên tinh thể va chạm đã mô tả quỹ đạo mà theo lý thuyết, sẽ mô tả theo lý thuyết về sóng điện tử của Broglie.
Trong quá trình tổng hợp, thí nghiệm của Davisson và Germer đã chứng minh bằng thực nghiệm bản chất hạt sóng kép của các electron.
Hạn chế
Mô hình nguyên tử Broglie không dự đoán vị trí chính xác của electron trên quỹ đạo mà nó di chuyển.
Trong mô hình này, các electron được coi là sóng di chuyển xung quanh quỹ đạo mà không có vị trí cụ thể, đưa ra khái niệm quỹ đạo điện tử.
Ngoài ra, mô hình nguyên tử Broglie, tương tự như mô hình Schrödinger, không xem xét sự quay của các electron trên trục của nó (quay).
Bằng cách bỏ qua động lượng góc bên trong của các electron, các biến thể không gian của các hạt hạ nguyên tử này đang bị bỏ qua..
Theo cùng một thứ tự các ý tưởng, mô hình này không tính đến những thay đổi trong hành vi của các electron nhanh do hậu quả của các hiệu ứng tương đối tính.
Bài viết quan tâm
Mô hình nguyên tử của Schrödinger.
Mô hình nguyên tử của Chadwick.
Mô hình nguyên tử của Heisenberg.
Mô hình nguyên tử của Perrin.
Mô hình nguyên tử của Thomson.
Mô hình nguyên tử của Dalton.
Mô hình nguyên tử của Dirac Jordan.
Mô hình nguyên tử của Democritus.
Mô hình nguyên tử của Bohr.
Tài liệu tham khảo
- Lý thuyết lượng tử của Bohr và Sóng De Broglie (s.f.). Lấy từ: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Tiểu sử (1929). © Quỹ Nobel. Lấy từ: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (s.f.). Lấy từ: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Lấy từ: britannica.com
- Mô hình nguyên tử của De Broglie. Đại học Quốc gia Giáo dục Từ xa. Tây Ban Nha Lấy từ: ocw.innova.uned.es
- Sóng của vấn đề Louis De Broglie (s.f.). Lấy từ: hiru.eus
- Von Pamel, O., và Marchisio, S. (s.f.). Cơ học lượng tử Đại học quốc gia Rosario. Lấy từ: fceia.unr.edu.ar