De Broglie atomové modelu byl navržen francouzský fyzik Louis Broglie v roce 1924. Ve své disertační práci, Broglie tvrdil vlnu-dualita částečky elektronů, položení základů vlnové mechaniky. Broglie publikoval důležitá teoretická zjištění o vlně-korpuskulární povaze hmoty v atomové stupnici.
Později byly de Broglieho experimenty experimentálně demonstrovány vědci Clintonem Davissonem a Lesterem Germerem v roce 1927. Teorie elektronových vln De Broglie je založena na Einsteinově návrhu vlnových vlastností světla na krátkých vlnových délkách.
Broglie oznámil možnost, že hmota má chování podobné chování světla, a navrhl podobné vlastnosti v subatomických částicích, jako jsou elektrony.
Elektrické náboje a oběžné dráhy omezují amplitudu, délku a frekvenci vlny popsané elektrony. Broglie vysvětlil pohyb elektronů kolem atomového jádra.
Charakteristika atomového modelu de Broglie
Při vývoji svého návrhu začal Broglie z principu, že elektrony mají mezi vlnou a částicí dvojí povahu, podobnou světlu.
V tomto smyslu Broglie vytvořil podobnost mezi oběma jevy a na základě rovnic vyvinutých Einsteinem pro studium vlnové povahy světla naznačil následující:
- Celková energie fotonu a následně celková energie elektronu je výsledkem součinu vlnové frekvence a Plankovy konstanty (6,662606957 (29) × 10 -34 Jules x sekund), jak je uvedeno podrobně v následujícím výrazu:
V tomto výrazu:
E = energie elektronu.
h = Plankova konstanta.
f = frekvence vlny.
- Lineární hybnost fotonu, a tedy i elektronu, je nepřímo úměrná vlnové délce a obě velikosti jsou vztaženy Plankovou konstantou:
V tomto výrazu:
p = hybnost elektronu.
h = Plankova konstanta.
λ = vlnová délka.
- Lineární hybnost je součinem hmotnosti částice a rychlosti, kterou má částice během svého posunutí.
Pokud je výše uvedený matematický výraz restrukturalizován jako funkce vlnové délky, máme následující:
V tomto výrazu:
λ = vlnová délka.
h = Plankova konstanta.
m = hmotnost elektronu.
v = rychlost elektronu.
Protože h, Plankova konstanta, má malou hodnotu, tak je vlnová délka λ. V důsledku toho je možné konstatovat, že vlnové vlastnosti elektronu se vyskytují pouze na atomové a subatomární úrovni.
- Broglie je také založena na postulátech Bohrova atomového modelu. Podle posledně uvedeného jsou oběžné dráhy elektronů omezené a mohou to být pouze násobky celých čísel. Tak:
Kde:
λ = vlnová délka.
h = Plankova konstanta.
m = hmotnost elektronu.
v = rychlost elektronu.
r = poloměr oběžné dráhy.
n = celé číslo.
Podle Bohrova atomového modelu, který Broglie přijal jako základ, pokud se elektrony chovají jako stojaté vlny, jsou jedinými povolenými oběžnými dráhami ty, jejichž poloměr se rovná celočíselnému násobku vlnové délky λ.
Ne všechny orbity tedy splňují potřebné parametry, aby se elektron mohl pohybovat skrz ně. To je důvod, proč se elektrony mohou pohybovat pouze na konkrétních drahách.
Teorie de Broglieho elektronových vln ospravedlňovala úspěch Bohrova atomového modelu při vysvětlování chování jediného elektronu atomu vodíku.
Podobně také osvětlil, proč tento model nevyhovuje složitějším systémům, tj. Atomům s více než jedním elektronem.
Davisson a Germer experiment
Experimentální ověření atomového modelu de Broglie proběhlo 3 roky po jeho zveřejnění v roce 1927.
Přední američtí fyzici Clinton J. Davisson a Lester Germer experimentálně potvrdili teorii vlnové mechaniky.
Davisson a Germer provedli rozptylové testy elektronového paprsku niklovým krystalem a pozorovali jev difrakce kovovým médiem.
Provedený experiment spočíval v provedení následujícího postupu:
- V první instanci byla umístěna sestava elektronového paprsku, která měla známou počáteční energii.
- Byl nainstalován zdroj napětí pro urychlení pohybu elektronů vyvoláním potenciálního rozdílu.
- Tok elektronového paprsku směřoval k kovovému krystalu; v tomto případě nikl.
- Byl změřen počet elektronů, které dopadly na niklový krystal.
Na konci experimentu Davisson a Germer zjistili, že elektrony byly rozptýleny různými směry.
Opakováním experimentu s použitím kovových krystalů s různými orientacemi vědci zjistili následující:
- Rozptyl elektronového paprsku kovovým krystalem byl srovnatelný s jevem rušení a difrakce světelných paprsků.
- Odraz elektronů na krystalu nárazu popsal cestu, kterou by teoreticky měl popisovat podle de Broglieovy teorie elektronových vln.
Stručně řečeno, experiment Davisson a Germer experimentálně ověřil povahu elektronů s duálními vlnovými částicemi.
Omezení
Atomův model de Broglie nepředpovídá přesné umístění elektronu na oběžné dráze, po které cestuje.
V tomto modelu jsou elektrony vnímány jako vlny, které se pohybují po oběžné dráze bez konkrétního umístění, čímž zavádějí koncept elektronického orbitálu.
Navíc atomový model de Broglie, analogický Schrödingerovu modelu, nezohledňuje rotaci elektronů kolem jejich stejné osy (spinu).
Ignorováním vnitřní úhlové hybnosti elektronů se zanedbávají prostorové variace těchto subatomových částic.
Stejně tak tento model nebere v úvahu změny v chování rychlých elektronů v důsledku relativistických efektů.
Články zájmu
Schrödingerův atomový model.
Chadwickův atomový model.
Heisenbergův atomový model.
Perrinův atomový model.
Thomsonův atomový model.
Daltonův atomový model.
Atomový model Dirac Jordan.
Atomový model Demokrita.
Bohrův atomový model.
Reference
- Bohrova kvantová teorie a De Broglie Waves (nd). Obnoveno z: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - životopisný (1929). © Nobelova nadace. Obnoveno z: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Obnoveno z: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Obnoveno z: britannica.com
- Atomový model De Broglie. Národní univerzita distančního vzdělávání. Španělsko. Obnoveno z: ocw.innova.uned.es
- Vlny hmoty Louis De Broglie (nd). Získáno z: hiru.eus
- Von Pamel, O., a Marchisio, S. (nd). Kvantová mechanika. Národní univerzita v Rosariu. Obnoveno z: fceia.unr.edu.ar