แบบจำลองอะตอมของ Broglie: ลักษณะและข้อ จำกัด

แบบจำลองอะตอมของ Broglie ถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis Broglie ในปี 1924 ในวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขา Broglie ยืนยันความเป็นคู่ของคลื่นอนุภาคของอิเล็กตรอนวางรากฐานของกลศาสตร์คลื่น Broglie ตีพิมพ์ผลการวิจัยทางทฤษฎีที่สำคัญเกี่ยวกับธรรมชาติของคลื่นวัตถุในระดับอะตอม

ต่อมาแถลงการณ์ของ Broglie ถูกทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ Clinton Davisson และ Lester Germer ในปี 1927 ทฤษฎีคลื่นอิเล็กตรอนของ Broglie ขึ้นอยู่กับข้อเสนอของ Einstein เกี่ยวกับคุณสมบัติคลื่นของแสงที่ความยาวคลื่นสั้น

Broglie ประกาศความเป็นไปได้ที่สสารจะมีพฤติกรรมคล้ายกับแสงและแนะนำคุณสมบัติที่คล้ายกันในอนุภาคของอะตอมเช่นอะตอม

ประจุไฟฟ้าและวงโคจรจำกัดความกว้างความยาวและความถี่ของคลื่นที่อธิบายโดยอิเล็กตรอน Broglie อธิบายการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอม

ลักษณะของแบบจำลองอะตอมของ Broglie

เพื่อพัฒนาข้อเสนอของเขา Broglie เริ่มต้นจากหลักการที่ว่าอิเล็กตรอนมีลักษณะสองอย่างระหว่างคลื่นและอนุภาคคล้ายกับแสง

ในแง่นี้ Broglie ทำการเปรียบเทียบระหว่างปรากฏการณ์ทั้งสองและบนพื้นฐานของสมการที่พัฒนาโดย Einstein สำหรับการศึกษาลักษณะคลื่นของแสงเขาระบุสิ่งต่อไปนี้:

- พลังงานทั้งหมดของโฟตอนและดังนั้นพลังงานทั้งหมดของอิเล็กตรอนเป็นผลมาจากผลผลิตของความถี่ของคลื่นและค่าคงที่ของแผ่นไม้ (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x วินาที) ตาม รายละเอียดในนิพจน์ต่อไปนี้:

ในการแสดงออกนี้:

E = พลังงานของอิเล็กตรอน

h = ค่าคงที่ของแผ่นไม้

f = ความถี่ของคลื่น

- โมเมนต์เชิงเส้นของโฟตอนและของอิเล็กตรอนนั้นแปรผกผันกับความยาวคลื่นและขนาดทั้งสองเกี่ยวข้องกันผ่านค่าคงที่ของแผ่นกระดาน:

ในการแสดงออกนี้:

p = โมเมนต์เชิงเส้นของอิเล็กตรอน

h = ค่าคงที่ของแผ่นไม้

λ = ความยาวคลื่น

- โมเมนตัมเชิงเส้นเป็นผลผลิตของมวลของอนุภาคด้วยความเร็วที่อนุภาคมีระหว่างการเคลื่อนที่

หากการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ก่อนหน้านี้ได้รับการปรับโครงสร้างให้เป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นเราจะมีสิ่งต่อไปนี้:

ในการแสดงออกดังกล่าว:

λ = ความยาวคลื่น

h = ค่าคงที่ของแผ่นไม้

m = มวลของอิเล็กตรอน

v = ความเร็วของอิเล็กตรอน

เนื่องจาก h, ค่าคงที่ของแผ่นไม้มีค่าน้อย, ความยาวคลื่นλก็เช่นกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะระบุว่าคุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเฉพาะที่ระดับอะตอมและระดับอะตอม

- Broglie ขึ้นอยู่กับสมมุติฐานของแบบจำลองอะตอมของ Bohr ตามหลังวงโคจรของอิเล็กตรอนถูก จำกัด และสามารถเป็นจำนวนเต็มของจำนวนเต็มเท่านั้น ดังนี้:

ที่อยู่:

λ = ความยาวคลื่น

h = ค่าคงที่ของแผ่นไม้

m = มวลของอิเล็กตรอน

v = ความเร็วของอิเล็กตรอน

r = รัศมีของวงโคจร

n = จำนวนเต็ม

ตามแบบจำลองของอะตอม Bohr ซึ่ง Broglie นำมาใช้เป็นพื้นฐานหากอิเล็กตรอนทำตัวเหมือนคลื่นนิ่งวงโคจรที่ได้รับอนุญาตเพียงอย่างเดียวคือวงที่มีรัศมีเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่นλ

ดังนั้นวงโคจรทั้งหมดจึงไม่ตรงกับพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนในการเคลื่อนที่ผ่านมัน นั่นคือเหตุผลที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ในวงโคจรที่เฉพาะเจาะจง

ทฤษฎีคลื่นของอิเล็กตรอน de Broglie ได้พิสูจน์ความสำเร็จของแบบจำลองอะตอมของ Bohr เพื่ออธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเดี่ยวของอะตอมไฮโดรเจน

ในทำนองเดียวกันก็ทำให้เข้าใจได้ว่าทำไมรูปแบบนี้ไม่เข้ากับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นนั่นคืออะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัว

การทดลอง Davisson และ Germer

การตรวจสอบการทดลองของแบบจำลองอะตอมของ Broglie เกิดขึ้น 3 ปีหลังจากการตีพิมพ์ในปี 1927

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้โด่งดัง Clinton J. Davisson และ Lester Germer ยืนยันการทดลองทฤษฎีของกลศาสตร์คลื่น

Davisson และ Germer ทำการทดสอบการกระเจิงของลำอิเล็กตรอนผ่านคริสตัลนิกเกิลและสังเกตปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนผ่านตัวกลางโลหะ

การทดลองที่ดำเนินการประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

- ในตัวอย่างแรกประกอบด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่มีพลังงานเริ่มต้นที่รู้จักถูกวางไว้

- มีการติดตั้งแหล่งจ่ายแรงดันเพื่อเร่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนกระตุ้นให้เกิดความต่างศักย์

- การไหลของลำอิเล็กตรอนพุ่งตรงไปยังคริสตัลโลหะ ในกรณีนี้นิกเกิล

- วัดจำนวนอิเล็กตรอนที่ส่งผลกระทบต่อคริสตัลนิกเกิล

ในตอนท้ายของการทดลอง Davisson และ Germer ตรวจพบว่าอิเล็กตรอนถูกกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน

ด้วยการทดลองซ้ำโดยใช้ผลึกโลหะที่มีทิศทางต่างกันนักวิทยาศาสตร์ตรวจพบสิ่งต่อไปนี้:

- การกระเจิงของลำอิเล็กตรอนผ่านคริสตัลโลหะเปรียบได้กับปรากฏการณ์การแทรกสอดและการกระเจิงของแสง

- การสะท้อนของอิเล็กตรอนในคริสตัลกระทบอธิบายถึงวิถีที่ในทางทฤษฎีมันควรอธิบายตามทฤษฎีคลื่น Broglie อิเล็กตรอน

ในระยะสั้นการทดลองโดย Davisson และ Germer ได้ทำการทดลองพิสูจน์ธรรมชาติของคลื่นคู่ของอิเล็กตรอน

ข้อ จำกัด

แบบจำลองอะตอมของ Broglie ไม่ได้ทำนายตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนในวงโคจรที่มันเคลื่อนที่

ในแบบจำลองนี้อิเล็กตรอนถูกมองว่าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่รอบวงโคจรโดยไม่มีตำแหน่งเฉพาะซึ่งแนะนำแนวคิดของวงโคจรอิเล็กทรอนิกส์

นอกจากนี้แบบจำลองอะตอมของ Broglie ซึ่งคล้ายกับแบบจำลองของSchrödingerไม่ได้พิจารณาการหมุนของอิเล็กตรอนบนแกนของมัน ( หมุน )

ด้วยการเพิกเฉยต่อโมเมนตัมเชิงมุมที่แท้จริงของอิเล็กตรอนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของอนุภาค subatomic เหล่านี้

ในลำดับความคิดเดียวกันโมเดลนี้ไม่ได้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเร็วซึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ

บทความที่น่าสนใจ

แบบจำลองอะตอมของSchrödinger

แบบจำลองอะตอมของแชดวิค

แบบจำลองอะตอมของไฮเซนเบิร์ก

แบบจำลองอะตอมของเพอร์ริน

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

แบบจำลองอะตอมของดาลตัน

แบบจำลองอะตอมของ Dirac Jordan

แบบจำลองอะตอมของพรรคประชาธิปัตย์

แบบจำลองอะตอมของ Bohr