- Характеристика атомної моделі де Бройля
- Експеримент Девіссона та Гермера
- Обмеження
- Статті, що цікавлять
- Список літератури
Де Бройля модель атома була запропонована французьким фізиком Луї Бройля в 1924 році у своїй докторській дисертації, Бройль стверджував корпускулярно - хвильовий дуалізм електронів, закладаючи основи хвильової механіки. Броглі опублікував важливі теоретичні висновки про хвиле-корпускулярну природу речовини в атомному масштабі.
Пізніше твердження де Бройля були експериментально продемонстровані вченими Клінтоном Девіссоном та Лестером Гермером у 1927 році. Теорія електронних хвиль Де Бройля ґрунтується на пропозиції Ейнштейна про хвильові властивості світла на коротких довжинах хвиль.
Бройль оголосив про можливість, що матерія має поведінку, подібну до поведінки світла, і запропонував подібні властивості в субатомних частинках, таких як електрони.
Електричні заряди та орбіти обмежують амплітуду, довжину та частоту хвилі, описані електронами. Броглі пояснив рух електронів навколо атомного ядра.
Характеристика атомної моделі де Бройля
Розробляючи свою пропозицію, Бройль виходив з принципу, що електрони мали подвійну природу між хвилею і частинкою, подібну світлу.
У цьому сенсі Бройль зробив поділ між обома явищами, і на основі рівнянь, розроблених Ейнштейном для вивчення хвильової природи світла, він зазначив наступне:
- Загальна енергія фотона і, отже, повна енергія електрона, є результатом добутку частоти хвилі та постійної Планка (6,62606957 (29) × 10 -34 джулів х секунд), як показано Детально в наступному виразі:
У цьому виразі:
Е = енергія електрона.
h = константа Планка.
f = частота хвилі.
- Лінійний імпульс фотона, а отже, і електрона, обернено пропорційний довжині хвилі, і обидві величини пов'язані через постійну Планка:
У цьому виразі:
p = імпульс електрона.
h = константа Планка.
λ = довжина хвилі.
- Лінійний імпульс - це добу маси частинки та швидкості, яку має частинка під час свого переміщення.
Якщо вищевказаний математичний вираз реструктурується як функція довжини хвилі, ми маємо наступне:
У цьому виразі:
λ = довжина хвилі.
h = константа Планка.
m = маса електрона.
v = швидкість електрона.
Оскільки h, постійна Планка, має невелике значення, тож довжина хвилі λ. Отже, можна стверджувати, що хвильові властивості електрона виникають лише на атомному та субатомному рівнях.
- Броглі також базується на постулатах атомної моделі Бора. Відповідно до останнього, орбіти електронів обмежені і можуть бути лише кратні цілі числа. Так:
Де:
λ = довжина хвилі.
h = константа Планка.
m = маса електрона.
v = швидкість електрона.
r = радіус орбіти.
n = ціле число.
Відповідно до атомної моделі Бора, яку Броглі прийняв за основу, якщо електрони поводяться як стоячі хвилі, єдиними дозволеними орбітами є ті, радіус яких дорівнює цілому числу довжини хвилі λ.
Тому не всі орбіти відповідають необхідним параметрам, щоб електрон рухався по них. Ось чому електрони можуть рухатися лише по певних орбітах.
Теорія електронних хвиль де Бройля виправдала успіх атомної моделі Бора в поясненні поведінки одиничного електрона атома водню.
Так само вона пролила світло на те, чому ця модель не підходила до складніших систем, тобто атомів з більш ніж одним електроном.
Експеримент Девіссона та Гермера
Експериментальна перевірка атомної моделі де Бройля відбулася через 3 роки після її публікації, у 1927 році.
Провідні американські фізики Клінтон Дж. Девіссон та Лестер Гермер експериментально підтвердили теорію хвильової механіки.
Девіссон і Гермер проводили випробування на розсіювання електронного пучка через кристал нікелю і спостерігали явище дифракції через металеве середовище.
Проведений експеримент складався з проведення наступної процедури:
- У першу чергу було розміщено електронно-променеву збірку, яка мала відому початкову енергію.
- Було встановлено джерело напруги для прискорення руху електронів шляхом підключення різниці потенціалів.
- Потік електронного пучка був спрямований у бік металевого кристала; в цьому випадку нікель.
- Вимірювали кількість електронів, які впливали на кристал нікелю.
Наприкінці експерименту Девіссон та Гермер виявили, що електрони розсіялися в різні сторони.
Повторивши експеримент з використанням металевих кристалів різної спрямованості, вчені виявили наступне:
- Розсіювання пучка електронів через металевий кристал було порівнянне з явищем інтерференції та дифракції світлових променів.
- Відображення електронів на кристалі удару описало траєкторію, яку теоретично вона повинна описувати відповідно до теорії електронних хвиль де Бройля.
Коротше кажучи, експеримент Девіссона та Гермера експериментально перевірив подвійну хвилеподібну природу електронів.
Обмеження
Атомна модель де Бройля не передбачає точного розташування електрона на орбіті, по якій він рухається.
У цій моделі електрони сприймаються як хвилі, які рухаються по всій орбіті без конкретного місця, вводячи тим самим поняття електронної орбіталі.
Крім того, атомна модель де Бройля, аналогічна моделі Шредінгера, не враховує обертання електронів приблизно на їхній осі (спіні).
Ігноруючи внутрішній імпульс кута електронів, просторові варіації цих субатомних частинок нехтують.
У цьому ж ключі ця модель також не враховує зміни поведінки швидких електронів як наслідок релятивістських ефектів.
Статті, що цікавлять
Атомна модель Шредінгера.
Атомна модель Чадвіка.
Атомна модель Гейзенберга.
Атомна модель Перріна.
Атомна модель Томсона.
Атомна модель Далтона.
Атомна модель Дірака Йордана.
Атомна модель Демокріта.
Атомна модель Бора.
Список літератури
- Квантова теорія Бора і Хвилі Де Бройля (другий). Відновлено з: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Луї де Бройлі - біографічний (1929). © Нобелівський фонд. Відновлено: nobelprize.org
- Луї-Віктор де Бройлі (другий). Відновлено з: chemed.chem.purdue.edu
- Лавтт, Б. (1998). Луї де Бройль. Encyclopædia Britannica, Inc. Відновлено: britannica.com
- Атомна модель Де Бройля. Національний університет дистанційної освіти. Іспанія. Відновлено з: ocw.innova.uned.es
- Луї Де Бройлі (другий). Відновлено з: hiru.eus
- Фон Памель, О. та Маркізіо, С. Квантова механіка. Національний університет Росаріо. Відновлено з: fceia.unr.edu.ar