A de Broglie atommodellt a francia fizikus, Louis Broglie javasolta 1924-ben. Doktori értekezésében Broglie állította az elektronok hullám-részecske kettõsségét, megteremtve a hullámmechanika alapjait. Broglie fontos elméleti eredményeket tett közzé az anyag atomhullám-hullámtestekkel kapcsolatos természetéről.
Később, de Broglie nyilatkozatait Clinton Davisson és Lester Germer tudósok kísérlettel mutatták be 1927-ben. De Broglie elektronhullám elmélete Einstein javaslatán alapul, amely a fény hullám tulajdonságairól szól rövid hullámhosszon.
Broglie bejelentette annak lehetőségét, hogy az anyag viselkedése hasonló a fény viselkedéséhez, és hasonló tulajdonságokat javasolt a szubatomi részecskékben, például az elektronokban.
Az elektromos töltések és pályák korlátozzák az elektronok által leírt hullám amplitúdóját, hosszát és frekvenciáját. Broglie elmagyarázta az elektronok mozgását az atommag körül.
A de Broglie atommodell jellemzői
Javaslatának kidolgozásához Broglie azon az elven alapult, hogy az elektronok kettős természetűek legyenek a hullám és a részecske között, hasonlóan a fényhez.
Ebben az értelemben Broglie hasonlítást készített mindkét jelenség között, és az Einstein által a fény hullám jellegének tanulmányozására kidolgozott egyenletek alapján a következőket jelezte:
- Az összes energia a foton, és ennek következtében a teljes energia az elektron, eredmények a termék a hullám frekvencia és Plank állandó (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x másodperc), az ábrán látható módon részletesebben a következő kifejezésben:
Ebben a kifejezésben:
E = az elektron energiája.
h = Plank állandó.
f = a hullám frekvenciája.
- A foton, tehát az elektron lineáris lendülete fordítottan arányos a hullámhosszúsággal, és mindkét nagyságrend Plank állandójának függvényében függ össze:
Ebben a kifejezésben:
p = az elektron lendülete.
h = Plank állandó.
λ = hullámhossz.
- A lineáris lendület a részecske tömegének és a részecske sebességének szorzata, amely az elmozdulása során megtörténik.
Ha a fenti matematikai kifejezést a hullámhossz függvényében szerkezetátalakítottuk, akkor a következők állnak rendelkezésre:
Ebben a kifejezésben:
λ = hullámhossz.
h = Plank állandó.
m = az elektron tömege.
v = az elektron sebessége.
H óta, a Plank állandója kis értékkel rendelkezik, csakúgy, mint a λ hullámhossz. Következésképpen elmondható, hogy az elektron hullámtulajdonságai csak atomi és szubatomi szinteken fordulnak elő.
- Broglie Bohr atommodelljének posztulátumain alapszik. Ez utóbbi szerint az elektronok keringési ideje korlátozott és csak egész számok többszöröse lehet. Így:
Ahol:
λ = hullámhossz.
h = Plank állandó.
m = az elektron tömege.
v = az elektron sebessége.
r = a pálya sugara.
n = egész szám.
Bohr atommodellel, amelyet Broglie alapul vett, ha az elektronok úgy viselkednek, mint álló hullámok, akkor csak azok a pályák engedélyezettek, amelyek sugara megegyezik a λ hullámhossz egész számú szorzójával.
Ezért nem minden pálya felel meg az elektronok áthaladáshoz szükséges paramétereinek. Ez az oka annak, hogy az elektronok csak meghatározott pályákon mozoghatnak.
A de Broglie elektronhullám-elmélet igazolta Bohr atommodelljének sikerét a hidrogénatom egyetlen elektronjának viselkedésének magyarázatában.
Hasonlóképpen, rávilágított arra is, hogy miért nem illeszkedik ez a modell bonyolultabb rendszerekbe, azaz egynél több elektronnal rendelkező atomokhoz.
Davisson és Germer kísérletezik
A de Broglie atommodell kísérleti hitelesítésére 3 évvel a megjelenése után, 1927-ben került sor.
Clinton J. Davisson és Lester Germer vezető amerikai fizikusok kísérletileg megerősítették a hullámmechanika elméletét.
Davisson és Germer elvégezték az elektronnyaláb nikkelkristályon keresztüli szóródási vizsgálatát, és megfigyelték a fémközegen keresztüli diffrakció jelenségét.
Az elvégzett kísérlet a következő eljárás elvégzéséből állt:
- Először egy olyan elektronnyaláb-egységet helyeztek el, amelynek ismert kezdeti energiája volt.
- Feszültségforrást telepítettek az elektronok mozgásának felgyorsítására a potenciálkülönbség felidézésével.
- Az elektronnyaláb áramát egy fém kristály felé irányították; ebben az esetben nikkel.
- Megmértük a nikkelkristályra ható elektronok számát.
A kísérlet végén Davisson és Germer észlelte, hogy az elektronok különböző irányokba vannak szétszórva.
A kísérlet megismétlésével, eltérő orientációjú fémkristályokkal, a tudósok a következőket fedezték fel:
- Az elektronnyaláb szétszórása a fémkristályon hasonló volt az interferencia és a fénysugarak diffrakciójának jelenségéhez.
- Az elektronok visszaverődése az ütközőkristályon leírta azt a trajektóriát, amelyet elméletileg a de Broglie elektronhullám elmélet szerint kell leírni.
Röviden: a Davisson és Germer kísérlettel kísérletileg igazolta az elektronok kettős hullám-részecske természetét.
korlátozások
A de Broglie atommodell nem jósolja meg az elektron pontos helyét azon a pályán, amelyben halad.
Ebben a modellben az elektronokat olyan hullámoknak tekintik, amelyek egy adott hely nélkül mozognak a pályán, és ezzel bevezetik az elektronikus pálya fogalmát.
Ezenkívül a de Broglie atommodell, amely hasonló a Schrödinger-modellhez, nem veszi figyelembe az elektronok forgását ugyanazon tengelyük körül (spin).
Ha nem vesszük figyelembe az elektronok belső szögleges lendületét, akkor ezen szubatomi részecskék térbeli variációit figyelmen kívül hagyjuk.
Ugyanígy ez a modell nem veszi figyelembe a gyors elektronok viselkedésében a relativista hatások következtében bekövetkező változásokat.
Érdekes cikkek
Schrödinger atommodellje.
Chadwick atommodellje.
Heisenberg atommodell.
Perrin atommodellje.
Thomson atommodellje.
Dalton atommodellje.
Dirac Jordan atommodell.
A Democritus atommodellje.
Bohr atommodellje.
Irodalom
- Bohr kvantumelmélete és De Broglie Waves (második). Helyreállítva: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Életrajz (1929). © A Nobel Alapítvány. Helyreállítva: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (második). Helyreállítva: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Helyreállítva: britannica.com
- De Broglie atommodellje. Országos Távoktatási Egyetem. Spanyolország. Helyreállítva: ocw.innova.uned.es
- Az anyag hulláma: Louis De Broglie (második). Helyreállítva: hiru.eus
- Von Pamel, O. és Marchisio, S. (második). Kvantummechanika. Rosario Nemzeti Egyetem. Helyreállítva: fceia.unr.edu.ar