Mô hình nguyên tử của Đặc điểm, Định đề và Hạn chế của Sommerfeld

các Mô hình nguyên tử của Sommerfeld là một phiên bản cải tiến của mô hình Bohr, trong đó hành vi của các electron được giải thích bằng sự tồn tại của các mức năng lượng khác nhau trong nguyên tử. Arnold Sommerfeld đã công bố đề xuất của mình vào năm 1916 giải thích những hạn chế của mô hình này bằng cách áp dụng lý thuyết tương đối của Einstein.

Nhà vật lý xuất sắc người Đức nhận thấy rằng trong một số nguyên tử, các electron đạt tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Theo quan điểm này, ông đã chọn phân tích dựa trên lý thuyết tương đối tính. Quyết định này đã gây tranh cãi vào thời điểm đó, vì lý thuyết tương đối chưa được chấp nhận trong cộng đồng khoa học vào thời điểm đó.

Bằng cách này, Sommerfeld đã thách thức giới luật khoa học thời bấy giờ và thực hiện một cách tiếp cận khác với mô hình nguyên tử.

Chỉ số

• 1 Đặc điểm 
  • 1.1 Hạn chế của mô hình nguyên tử Bohr
  • 1.2 Đóng góp của Sommerfeld
• 2 thí nghiệm
• 3 định đề
  • 3.1 Số lượng tử chính "n"
  • 3.2 Số lượng tử thứ cấp "I"
• 4 hạn chế
• 5 tài liệu tham khảo

Tính năng 

Hạn chế của mô hình nguyên tử Bohr

Mô hình nguyên tử của Sommerfeld nổi lên để hoàn thiện những thiếu sót của mô hình nguyên tử Bohr. Các đề xuất của mô hình này, trong các nét rộng, như sau:

- Electron mô tả quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân, không phát ra năng lượng.

- Không phải tất cả các quỹ đạo đều có thể. Chỉ các quỹ đạo được kích hoạt mà động lượng góc của electron đáp ứng các đặc điểm nhất định. Điều đáng chú ý là động lượng góc của hạt phụ thuộc vào một bản tóm tắt của tất cả các cường độ của nó (tốc độ, khối lượng và khoảng cách) đối với tâm của vòng quay.

- Năng lượng được giải phóng khi một electron rơi từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác được phát ra dưới dạng năng lượng ánh sáng (photon).

Mặc dù mô hình nguyên tử của Bohr mô tả hoàn hảo hành vi của nguyên tử hydro, các định đề của nó không thể lặp lại thành các loại nguyên tố khác.

Khi phân tích quang phổ thu được từ các nguyên tử của các nguyên tố khác ngoài hydro, người ta đã phát hiện ra rằng các electron nằm ở cùng mức năng lượng có thể chứa các năng lượng khác nhau.

Do đó, mỗi cơ sở của mô hình đều có thể được bác bỏ từ quan điểm của vật lý cổ điển. Trong danh sách sau đây là chi tiết các lý thuyết mâu thuẫn với mô hình, theo cách đánh số trước:

- Theo định luật điện từ của Maxwell, tất cả các điện tích phải chịu một gia tốc nhất định đều phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ.

- Với vị trí của vật lý cổ điển, không thể tin được rằng một electron không thể quay quanh tự do ở bất kỳ khoảng cách nào từ hạt nhân.

- Đến lúc đó, cộng đồng khoa học đã có một niềm tin chắc chắn về bản chất sóng của ánh sáng và ý tưởng tự thể hiện nó như một hạt không được dự tính cho đến lúc đó..

Sự đóng góp của Sommerfeld

Arnold Sommerfeld kết luận rằng sự khác biệt năng lượng giữa các điện tử - mặc dù chúng ở cùng mức năng lượng - là do sự tồn tại của các cấp năng lượng trong mỗi cấp độ.

Sommerfeld đã dựa vào Định luật Coulomb để nói rằng nếu một electron chịu tác dụng của một tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách, thì đường dẫn được mô tả phải là hình elip và không đúng hình tròn.

Ngoài ra, nó dựa trên lý thuyết tương đối của Einstein để đưa ra cách xử lý khác với các electron và đánh giá hành vi của chúng dựa trên tốc độ đạt được của các hạt cơ bản này.

Thí nghiệm

Việc sử dụng phổ phân giải cao để phân tích lý thuyết nguyên tử cho thấy sự tồn tại của các vạch phổ rất mịn mà Niels Bohr không phát hiện được và do đó mô hình do ông đề xuất không cung cấp giải pháp.

Theo quan điểm này, Sommerfeld đã lặp lại các thí nghiệm phân rã ánh sáng trong phổ điện từ của nó bằng cách sử dụng các máy quang điện thế hệ tiếp theo sau đó.

Từ các nghiên cứu của mình, Sommerfeld đã suy luận rằng năng lượng chứa trong quỹ đạo đứng yên của electron phụ thuộc vào độ dài của các hình bán nguyệt của hình elip mô tả quỹ đạo đã nói.

Sự phụ thuộc này được đưa ra bởi thương số tồn tại giữa chiều dài của trục semimajor và chiều dài của trục semimajor của hình elip và giá trị của nó là tương đối.

Do đó, khi một electron thay đổi từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác thấp hơn, các quỹ đạo khác nhau có thể được kích hoạt tùy thuộc vào độ dài của trục bán nguyệt của hình elip..

Ngoài ra, Sommerfeld cũng quan sát thấy các vạch quang phổ đang mở ra. Lời giải thích mà nhà khoa học gán cho hiện tượng này là tính linh hoạt của các quỹ đạo, vì chúng có thể là hình elip hoặc hình tròn.

Bằng cách này, Sommerfeld đã giải thích tại sao các vạch quang phổ mỏng được đánh giá cao khi thực hiện phân tích với máy quang phổ.

Định đề

Sau vài tháng nghiên cứu áp dụng luật Coulomb và lý thuyết tương đối để giải thích những thiếu sót của mô hình Bohr, năm 1916 Sommerfeld đã công bố hai sửa đổi cơ bản trên mô hình đã đề cập:

- Các quỹ đạo của electron có thể là hình tròn hoặc hình elip.

- Electron đạt tốc độ tương đối tính; đó là, các giá trị gần với tốc độ ánh sáng.

Sommerfeld đã định nghĩa hai biến lượng tử cho phép mô tả động lượng góc quỹ đạo và hình dạng quỹ đạo cho mỗi nguyên tử. Đó là:

Số lượng tử chính "n"

Định lượng trục bán chính của hình elip được mô tả bởi electron.

Số lượng tử thứ cấp "tôi"

Định lượng các bán tự động nhỏ của hình elip được mô tả bởi điện tử.

Giá trị cuối cùng này, còn được gọi là số lượng tử phương vị, được chỉ định bằng chữ "I" và có được các giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến n-1, trong đó n là số lượng tử chính của nguyên tử.

Tùy thuộc vào giá trị của số lượng tử phương vị, Sommerfeld đã gán các mệnh giá khác nhau cho các quỹ đạo, như chi tiết dưới đây:

- l = 0 → S quỹ đạo.

- l = 1 → quỹ đạo quỹ đạo chính p.

- l = 2 → quỹ đạo quỹ đạo khuếch tán d.

- I = 3 → quỹ đạo quỹ đạo cơ bản f.

Ngoài ra, Sommerfeld chỉ ra rằng hạt nhân của các nguyên tử không tĩnh. Theo mô hình do ông đề xuất, cả hạt nhân và electron đều di chuyển xung quanh tâm khối lượng của nguyên tử.

Hạn chế

Những thiếu sót chính của mô hình nguyên tử của Sommerfeld là như sau:

- Giả định rằng động lượng góc được lượng tử hóa như một tích của khối lượng theo vận tốc và bán kính chuyển động là sai. Động lượng góc phụ thuộc vào bản chất của sóng điện tử.

- Mô hình không xác định điều gì kích hoạt bước nhảy của electron từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, cũng không thể mô tả hành vi của hệ thống trong quá trình chuyển đổi electron giữa các quỹ đạo ổn định.

- Theo giới luật của mô hình, không thể biết cường độ của tần số phát xạ phổ.

Tài liệu tham khảo

1. Bathia, L. (2017). Mô hình nguyên tử Sommerfeld. Lấy từ: chemonline.guru.
2. Giải thích chi tiết về cách Sommerfeld mở rộng Lý thuyết Bohr (s.f.). Lấy từ: thebigger.com
3. Méndez, A. (2010). Mô hình nguyên tử của Sommerfeld. Lấy từ: quimica.laguia2000.com
4. Mô hình nguyên tử của Bohr-Sommerfeld (s.f.). IES Magdalena. Avilés, Tây Ban Nha. Lấy từ: fisquiweb.es
5. Parker, P. (2001). Mô hình nguyên tử Bohr-Sommerfeld. Dự án Physnet. Đại học bang Michigan. Michigan, Hoa Kỳ Lấy từ: Physnet.org