- Sommerfeldin atomimalli postuloi
- Elektronit seuraavat pyöreitä ja elliptisiä kiertoratoja
- Zeeman-efekti ja Stark-vaikutus
- Atomiydin ja elektronit liikkuvat massakeskuksensa ympäri
- Elektronit voivat saavuttaa relativistisen nopeuden
- Hyödyt ja haitat
- Etu
- haitat
- Kiinnostavat artikkelit
- Viitteet
Atomi malli Sommerfeldin luotiin saksalainen fyysikko Arnold Sommerfeld välillä 1915 ja 1916, selittää tosiasiat että Bohrin, julkaistiin aiemmin vuonna 1913, ei tyydyttävästi selittää. Sommerfeld esitteli tulokset ensin Baijerin tiedeakatemialle ja julkaisi ne myöhemmin lehdessä Annalen der Physik.
Tanskalaisen fyysikon Niels Bohrin ehdottama atomimalli kuvaa kaikkien yksinkertaisinta atomia, vetyä, mutta ei voinut selittää miksi samassa energiatilassa olevat elektronit voisivat esittää erilaisia energiatasoja sähkömagneettisten kenttien läsnäollessa.
Kuva 1. Puoliklassisissa malleissa kiertoradat ovat newtonialaisia, mutta sallitaan vain ne, joiden kehä on kokonaisluku useita kertoja de Broglie-aallonpituudesta. Lähde: F. Zapata.
Bohrin ehdottamassa teoriassa ytimellä kiertävällä elektronilla voi olla vain tietyt sen kiertoradan kulmavirran L arvot, eikä se siksi voi olla missään kiertoradalla.
Bohr piti myös näitä kiertoratoja pyöreinä ja yksittäinen kvanttinumero, jota kutsuttiin pääkvanttilukuksi n = 1, 2, 3…, palveli tunnistettujen kiertoratojen tunnistamista.
Sommerfeldin ensimmäinen modifikaatio Bohr-malliin oli olettaa, että elektronin kiertorata voi olla myös elliptinen.
Ympärysmittaa kuvataan sen säteellä, mutta ellipsille on annettava kaksi parametria: puolisuuri akseli ja puolivähemmän akseli sen sijainnin sijainnin lisäksi. Tämän avulla hän esitteli kaksi muuta kvanttilukemaa.
Toinen merkittävä Sommerfeldin tekemä muutos oli lisätä relativistisia vaikutuksia atomimalliin. Mikään ei ole nopeampaa kuin valo, Sommerfeld oli kuitenkin löytänyt elektroneja huomattavan läheisillä nopeuksilla, joten relativistiset vaikutukset oli tarpeen sisällyttää mihin tahansa atomin kuvaukseen.
Sommerfeldin atomimalli postuloi
Elektronit seuraavat pyöreitä ja elliptisiä kiertoratoja
Atomissa olevat elektronit seuraavat elliptisiä kiertoratoja (pyöreät kiertoradat ovat erityistapaus) ja niiden energiatilaa voidaan karakterisoida kolmella kvantilukuilla: pääkvanttiluku n, toissijainen kvantiluku tai atsimuutiluku l ja magneettinen kvantiluku m L.
Toisin kuin kehä, ellipsillä on puoli-suuri akseli ja puolia-pieni-akseli.
Mutta ellipsillä, joilla on sama puoli-pääakseli, voi olla erilaisia puolivähemmän akseleita eksentrisyyden asteesta riippuen. Epäkeskeisyys, joka on 0, vastaa ympyrää, joten se ei sulje pois pyöreitä polkuja. Lisäksi avaruuden ellipsillä voi olla erilaisia taipumuksia.
Näin ollen Sommerfeld hän lisätään sen mallinumero kvantti toissijainen l ilmoittaa pienemmän akselin ja magneettinen kvanttiluku m L. Siten hän ilmoitti, mitkä ovat elliptisen kiertoradan sallitut alueelliset suunnat.
Kuva 2. Energiatasoa n = 5 vastaavat kiertoradat esitetään kulmamomentin l eri arvoille, joilla on täydet de Broglie-aallonpituudet. Lähde: wikimedia commons.
Huomaa, että se ei lisää uusia pääkvanttinumeroita, joten elektronin kokonaisenergia elliptisessä kiertoradalla on sama kuin Bohr-mallissa. Siksi ei ole uusia energiatasoja, vaan luvun n antamien tasojen kaksinkertaistuminen.
Zeeman-efekti ja Stark-vaikutus
Tällä tavoin on mahdollista määritellä tietty kiertorata kokonaan mainittujen 3 kvantilukujen ansiosta ja selittää siten kahden vaikutuksen olemassaolo: Zeeman-efekti ja Stark-efekti.
Ja niin hän selittää normaalissa Zeeman-ilmiössä ilmenevän energian kaksinkertaistumisen (on myös poikkeava Zeeman-ilmiö), jossa spektriviiva on jaettu useisiin komponentteihin, kun se on magneettikentän ollessa läsnä.
Tämä linjojen kaksinkertaistuminen tapahtuu myös sähkökentän ollessa läsnä, jota kutsutaan Starkin vaikutukseksi, mikä sai Sommerfeldin ajattelemaan Bohr-mallin muuttamista selittämään nämä vaikutukset.
Atomiydin ja elektronit liikkuvat massakeskuksensa ympäri
Ernest Rutherford löysi atomin ytimen ja paljastui tosiasia, että melkein koko atomin massa on keskittynyt siihen, tutkijat uskoivat ytimen olevan enemmän tai vähemmän paikallaan.
Sommerfeld kuitenkin postuloi, että sekä ydin että kiertävät elektronit liikkuvat järjestelmän massakeskipisteen ympärillä, joka on tietysti hyvin lähellä ydintä. Hänen mallissaan käytetään elektronitumijärjestelmän alennettua massaa kuin elektronin massaa.
Kuten auringon ympärillä olevissa planeetoissa, elliptisillä kiertoradailla on aikoja, jolloin elektroni on lähempänä, ja toisinaan kauempana ytimestä. Siksi sen nopeus on erilainen kiertoradan jokaisessa pisteessä.
Kuva 3.- Arnold Sommerfeld. Lähde: Wikimedia Commons. GFHund.
Elektronit voivat saavuttaa relativistisen nopeuden
Sommerfeld lisäsi malliinsa hienorakennevakion, sähkömagneettiseen voimaan liittyvän mitaton vakion:
a = 1 / 137,0359895
Se on määritelty osamäärällä elektronin varauksen e neliön, ja tuloksen välillä Planckin vakion h ja valon nopeuden c välillä tyhjössä, kaikki kerrottuna 2π: llä:
α = 2π (e 2 / hc) = 1 /137.0359895
Hieno rakennevakio viittaa kolmeen atomifysiikan tärkeimmistä vakioista. Toinen on elektronin massa, jota ei ole lueteltu tässä.
Tällä tavalla elektronit kytketään fotoneihin (liikkuvat nopeudella c tyhjiössä) ja selittävät siten vetyatomin joidenkin spektriviivojen poikkeamat Bohr-mallin ennustamista.
Relativististen korjausten ansiosta energian tasot, joilla on yhtä suuri n, mutta eri l, erotetaan, mikä antaa spektrin hienorakenteen, mistä johtuu vakion α nimi.
Ja kaikki atomin ominaiset pituudet voidaan ilmaista tällä vakiona.
Kuva 4. Kulmavirran L. kvantisointi on esitetty. Toisin kuin ympyrän kiertoradat, elliptiset sallivat useamman kuin yhden arvon L jokaiselle energiatasolle. Lähde: F. Zapata.
Hyödyt ja haitat
Etu
-Sommerfeld osoitti, että yksi kvantiluku ei ollut riittävä vetyatomin spektriviivojen selittämiseen.
-Se oli ensimmäinen malli, joka ehdotti alueellista kvantisointia, koska kiertoratojen projektiot sähkömagneettisen kentän suuntaan ovat käytännössä kvantisoidut.
-The Sommerfeld malli onnistuneesti selitti, että elektronit, joilla on sama pääkvanttiluku eroavat energian tilassa, koska ne voivat olla eri kvanttiluvut l ja m L.
-Lisäsi vakion α kehittääksesi atomispektrin hienorakenteen ja selittää Zeemanin vaikutuksen.
-Sisältää relativistiset vaikutukset, koska elektronit voivat liikkua nopeudella melko lähellä valon nopeutta.
haitat
-Mallisi oli sovellettavissa vain atomiin, joissa on yksi elektroni, ja monessa suhteessa alkalimetalliatomeihin, kuten Li 2+, mutta se ei ole käyttökelpoinen heliumiatomissa, jossa on kaksi elektronia.
- Se ei selittänyt atomin elektronista jakautumista.
-Malli sallii laskea sallittujen tilojen energiat ja säteilyn taajuudet, jotka emittoituneet tai absorboituneet siirtymisissä tilojen välillä, antamatta tietoa näiden siirtymien ajoista.
- Nyt tiedetään, että elektronit eivät seuraa etenemisratoja ennalta määrätyillä muotoilla, kuten kiertoradalla, vaan miehittävät kiertoradat, avaruusalueet, jotka vastaavat Schrodingerin yhtälön ratkaisuja.
-Malli yhdisti mielivaltaisesti klassiset näkökohdat kvanttinäkökohtiin.
-Hän ei selittänyt epänormaaleja Zeeman-vaikutuksia, tätä varten tarvitaan Dirac-malli, joka myöhemmin lisäsi toisen kvanttiluvun.
Kiinnostavat artikkelit
Schrödingerin atomimalli.
De Broglie-atomimalli.
Chadwickin atomimalli.
Heisenbergin atomimalli.
Perrinin atomimalli.
Thomsonin atomimalli.
Daltonin atomimalli.
Dirac Jordan-atomimalli.
Democrituksen atomimalli.
Bohrin atomimalli.
Viitteet
- Brainkart. Sommerfeld-atomimalli ja sen haitat. Palautettu osoitteesta: brainkart.com.
- Kuinka tunsimme kosmoksen: valo ja asia. Sommerfeldin atomi. Palautettu osoitteesta: thestargarden.co.uk
- Parker, P. The Bohr-Sommerfeld -atomi. Palautettu osoitteesta: fiznet.org
- Koulutuskulma. Sommerfeldin malli. Palautettu osoitteesta: rinconeducativo.com.
- Wikipedia. Sommerfeldin atomimalli. Palautettu: es.wikipedia, org.