SOMMERFELDO ATOMINIS MODELIS: CHARAKTERISTIKOS, POSTULATAI, PRANAŠUMAI IR TRŪKUMAI - CHEMIJA - 2025

Atominės modelis Sommerfeld buvo sukurtas Vokietijos fizikas Arnoldas Sommerfeld tarp 1915 ir 1916, paaiškinti faktus, kad Boro teorija, išleido anksčiau 1913, negalėjo tinkamai paaiškinti. Pirmiausia Sommerfeld pristatė savo rezultatus Bavarijos mokslų akademijai, o vėliau paskelbė juos žurnale „Annalen der Physik“.

Danų fiziko Nielso Bohro pasiūlytas atomo modelis apibūdina paprasčiausią atomą iš visų, vandenilį, tačiau negalėjo paaiškinti, kodėl toje pačioje energijos būsenoje esantys elektronai gali pateikti skirtingus energijos lygius esant elektromagnetiniams laukams.

1 pav. Pusiau klasikiniuose modeliuose orbitos yra Niutono, bet leidžiamos tik tos, kurių perimetras yra sveikas skaičius kartų, kai de Broglie bangos ilgis. Šaltinis: F. Zapata.

Bohro pasiūlytoje teorijoje elektronas, skriejantis aplink branduolį, gali turėti tik tam tikras jo orbitos kampinio impulso L reikšmes, todėl negali būti jokioje orbitoje.

Bohas taip pat laikė šias orbitas žiedinėmis ir vienas kvantinis skaičius, vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi n = 1, 2, 3…, naudotas leidžiamoms orbitoms identifikuoti.

Pirmasis Somrofeldo Bohro modifikavimas buvo prielaida, kad elektrono orbita taip pat gali būti elipsės formos.

Apskritimas apibūdinamas jo spinduliu, tačiau elipsės atžvilgiu, be jo erdvinės orientacijos, reikia nurodyti du parametrus: pusiau pagrindinę ašį ir pusiau mažąją ašį. Su tuo jis įvedė dar du kvantinius skaičius.

Antrasis svarbus Sommerfeldo atliktas pakeitimas buvo atominio modelio įtraukimas į reliatyvistinius efektus. Nieko nėra greitesnio už šviesą, tačiau Sommerfeldas rado elektronus, kurių greitis yra pastebimas, todėl reikėjo į bet kurį atomo apibūdinimą įtraukti relativistinius efektus.

Sommerfeldo atominio modelio postulatai

Elektronai seka žiedinėmis ir elipsinėmis orbitomis

Atomoje esantys elektronai seka elipsinėmis orbitomis (tam tikru atveju yra žiedinės orbitos) ir jų energijos būseną galima apibūdinti 3 kvantiniais skaičiais: pagrindiniu kvantiniu skaičiumi n , antriniu kvantiniu skaičiumi arba azimutiniu skaičiumi l ir magnetiniu kvantiniu skaičiumi m _L. .

Skirtingai nuo perimetro, elipsė turi pusiau didelę ašį ir pusiau mažąją ašį.

Tačiau elipsės, turinčios tą pačią pusiau didelę ašį, gali turėti skirtingas pusiau mažiausias ašis, atsižvelgiant į ekscentriškumo laipsnį. Ekscentriškumas, lygus 0, atitinka apskritimą, todėl jis neatmeta apskritimo takų. Be to, kosmoso elipsės gali turėti skirtingus polinkius.

Todėl Sommerfeld jis pridūrė, kad jo modelio numeris kvantinės antrinio L nurodyti mažosios ašies ir magnetinės kvantinį skaičių m _L . Taigi jis nurodė, kokios yra leidžiamos elipsės orbitos erdvinės orientacijos.

2 paveikslas. Orbitais, atitinkančiais energijos lygį n = 5, parodytos skirtingos kampinio impulso l vertės, turinčios pilnus de Broglie bangos ilgius. Šaltinis: „wikimedia commons“.

Atkreipkite dėmesį, kad jis neprideda naujų pagrindinių kvantinių skaičių, taigi visa elektrono energija elipsės formos orbitoje yra tokia pati kaip Bohro modelyje. Todėl nėra naujų energijos lygių, o lygių, duotų skaičiaus n, padvigubėjimas.

Zeemano efektas ir Starko efektas

Tokiu būdu galima tiksliai apibrėžti nurodytą orbitą, atsižvelgiant į minėtus 3 kvantinius skaičius, ir taip paaiškinti dviejų efektų egzistavimą: Zeemano efektą ir Starko efektą.

Taigi jis paaiškina energijos padvigubėjimą, atsirandantį esant normaliam Zeemano efektui (taip pat yra anomali Zeemano efektas), kuriame spektrinė linija yra padalinta į kelis komponentus, kai ji yra esant magnetiniam laukui.

Šis linijų padvigubėjimas taip pat įvyksta esant elektriniam laukui, vadinamam Starko efektu, kuris paskatino Sommerfeldo galvoti apie Bohro modelio modifikavimą, kad paaiškintų šiuos efektus.

Atominis branduolys ir elektronai juda aplink savo masės centrą

Po to, kai Ernestas Rutherfordas atrado atominį branduolį ir paaiškėjo tai, kad ten sukoncentruota beveik visa atomo masė, mokslininkai manė, kad branduolys yra daugiau ar mažiau nejudantis.

Tačiau Sommerfeldas postulavo, kad ir branduolys, ir aplink orbitą skriejantys elektronai juda aplink sistemos masės centrą, kuris, be abejo, yra labai artimas branduoliui. Jo modelyje naudojama sumažinta elektronų branduolių sistemos masė, o ne elektronų masė.

Elipsinėse orbitose, kaip ir aplink Saulę esančiose planetose, yra kartų, kai elektronas yra arčiau, o kiti - toliau nuo branduolio. Todėl kiekviename jo orbitos taške jo greitis yra skirtingas.

3 pav. - Arnoldas Sommerfeldas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. „GFHund“.

Elektronai gali pasiekti reliatyvistinį greitį

Sommerfeldas į savo modelį įtraukė smulkiosios struktūros konstantą, be matmens konstantą, susijusią su elektromagnetine jėga:

α = 1 / 137,0359895

Jis apibūdinamas kaip koeficientas tarp elektronų krūvio e kvadrato ir Plancko konstantos h sandaugos ir šviesos greičio c vakuume, padauginto iš 2π:

α = 2π (e ² / hc) = 1 / 137,0359895

Smulkiosios struktūros konstanta yra susijusi su trimis svarbiausiomis atominės fizikos konstantomis. Kita yra elektronų masė, kuri čia neišvardyta.

Tokiu būdu elektronai yra susieti su fotonais (judantys greičiu c vakuume) ir taip paaiškinami kai kurių vandenilio atomo spektrinių linijų nuokrypiai nuo tų, kuriuos numatė Bohro modelis.

Dėl reliatyvistinių pataisų energijos lygiai, kurių n yra lygus n, bet skiriasi l, yra atskirti, todėl atsiranda smulki spektro struktūra, taigi ir konstantos α pavadinimas.

Ir šią būdingą atomo ilgį galima išreikšti šia konstanta.

Pav. 4 parodytas kampinio impulso L. kvantavimas. Skirtingai nuo žiedinių orbitų, elipsės formos suteikia daugiau nei vieną L vertę kiekvienam energijos lygiui. Šaltinis: F. Zapata.

Privalumai ir trūkumai

Privalumas

-Sommerfeldas parodė, kad vieno kvantinio skaičiaus nepakanka vandenilio atomo spektrinėms linijoms paaiškinti.

- Tai buvo pirmasis modelis, kuris pasiūlė erdvinį kvantavimą, nes orbitų projekcijos elektromagnetinio lauko kryptimi iš tikrųjų yra kvantuojamos.

-The Sommerfeld modelis sėkmingai paaiškino, kad elektronai su tuo pačiu pagrindiniu kvantinio skaičiaus n skiriasi jų energijos būseną, nes jie gali turėti skirtingas kvantinės numeriai l ir m _L .

- Įvedė pastovią α, kad būtų sukurta smulki atominio spektro struktūra ir paaiškintas Zeemano efektas.

- Įtrauktas reliatyvistinis poveikis, nes elektronai gali judėti greičiu, gana artimu šviesos greičiui.

Trūkumai

-Jūsų modelis buvo taikomas tik atomams, turintiems vieną elektroną, ir daugeliu atžvilgių šarminių metalų atomams, tokiems kaip Li ²⁺ , tačiau jis nėra naudingas helio atome, kuriame yra du elektronai.

- Tai nepaaiškino elektroninio pasiskirstymo atome.

- Modelis leido apskaičiuoti leidžiamų būsenų energijas ir spinduliuotės, skleidžiamos ar sugertos perėjimuose tarp būsenų, duomenis, nepateikiant informacijos apie šių perėjimų laiką.

-Dabar yra žinoma, kad elektronai neseka trajektorijų su iš anksto nustatytomis formomis, tokiomis kaip orbita, o užima orbitales, erdvės sritis, atitinkančias Schrodingerio lygties sprendinius.

- Modelis savavališkai sujungė klasikinius ir kvantinius aspektus.

- Jam nepavyko paaiškinti anomalinio Zeemano efekto, tam reikalingas Diraco modelis, kuris vėliau pridėjo dar vieną kvantinį skaičių.

Dominantys straipsniai

Schrödingerio atominis modelis.

De Broglio atominis modelis.

Chadwicko atominis modelis.

Heisenbergo atominis modelis.

Perrino atominis modelis.

Thomsono atominis modelis.

Daltono atominis modelis.

Dirac Jordan atominis modelis.

Atominis Demokrito modelis.

Bohro atominis modelis.

Nuorodos

1. Brainkartas. Sommerfeldo atomo modelis ir jo trūkumai. Atgauta iš: brainkart.com.
2. Kaip mums sekėsi pažinti kosmosą: šviesa ir medžiaga. Sommerfeldo atomas. Atkurta iš: thestargarden.co.uk
3. Parkeris, P. Bohro-Sommerfeldo atomas. Atkurta iš: fiznet.org
4. Švietimo kampelis. Sommerfeldo modelis. Atkurta iš: rinconeducativo.com.
5. Vikipedija. Sommerfeldo atominis modelis. Atgauta iš: es.wikipedia, org.