- Sommerfelda atomu modelis postulē
- Elektroni seko apļveida un elipsveida orbītām
- Zeeman efekts un Stark efekts
- Atomu kodols un elektroni pārvietojas ap savu masas centru
- Elektroni var sasniegt relativistiskus ātrumus
- Priekšrocības un trūkumi
- Priekšrocība
- Trūkumi
- Interesanti raksti
- Atsauces
Atoma modelis Sommerfeld radīja vācu fiziķis Arnold SOMMERFELD starp 1915 un 1916, lai izskaidrotu faktus, ka Bors modelis, atmaksā agrāk 1913.gadā, nevarēja apmierinoši izskaidrot. Sommerfelds savus rezultātus vispirms iepazīstināja ar Bavārijas Zinātņu akadēmiju un vēlāk tos publicēja žurnālā Annalen der Physik.
Dāņu fiziķa Nīla Bora ierosinātais atomu modelis apraksta vienkāršāko atomu no visiem - ūdeņradi, bet nespēja izskaidrot, kāpēc elektroni vienā enerģijas stāvoklī elektromagnētisko lauku klātbūtnē varētu uzrādīt atšķirīgus enerģijas līmeņus.
1. attēls. Pusklases klasiskajos modeļos orbītas ir ņūtoniskas, taču ir atļautas tikai tās, kuru perimetrs ir vesels skaitlis de Broglie viļņa garumā. Avots: F. Zapata.
Bohra ierosinātajā teorijā elektronam, kas riņķo pa kodolu, var būt tikai noteiktas tā orbītas leņķiskā impulsa L vērtības, un tāpēc tas nevar atrasties nevienā orbītā.
Bohrs arī uzskatīja, ka šīs orbītas ir apļveida, un atļautajām orbītām identificēšanai kalpoja viens kvantu skaitlis, kuru sauc par galveno kvantu numuru n = 1, 2, 3….
Sommerfelda pirmā Bohra modeļa modifikācija bija pieņemt, ka elektronu orbīta var būt arī eliptiska.
Aploci apraksta ar tā rādiusu, bet elipsei papildus tās telpiskajai orientācijai ir jādod divi parametri: daļēji galvenā ass un daļēji mazā ass. Ar to viņš ieviesa vēl divus kvantu skaitļus.
Otrā galvenā Sommerfelda veiktā modifikācija bija atomu modeļa pievienošana relativistiskiem efektiem. Nekas nav ātrāks par gaismu, tomēr Sommerfelds bija atradis elektronus ar ievērojami tuvu ātrumu, tāpēc bija nepieciešams iekļaut relativistiskos efektus jebkurā atoma aprakstā.
Sommerfelda atomu modelis postulē
Elektroni seko apļveida un elipsveida orbītām
Elektroni atomā seko eliptiskajām orbītām (apļveida orbītas ir īpašs gadījums), un to enerģijas stāvokli var raksturot ar 3 kvantu skaitļiem: galveno kvantu skaitli n , sekundāro kvantu numuru vai azimutālo skaitli l un magnētisko kvantu skaitu m L .
Atšķirībā no apkārtmēra elipsei ir puslīdz galvenā ass un daļēji maznozīmīgā ass.
Bet elipsēm ar vienu un to pašu pusmēroga asi var būt dažādas daļēji mazākās asis, atkarībā no ekscentriskuma pakāpes. Ekscentriskums, kas vienāds ar 0, atbilst lokam, tāpēc tas neizslēdz apļveida ceļus. Turklāt elipsēm kosmosā var būt dažādi slīpumi.
Tāpēc Sommerfeld viņš papildināja savu modeļa numuru kvantu vidējās l norādīt mazā ass un magnētiskā kvantu skaitlis m L . Tādējādi viņš norādīja, kādas ir pieļaujamās elipsveida orbītas telpiskās orientācijas.
2. attēls. Orbītas, kas atbilst enerģijas līmenim n = 5, ir parādītas dažādām leņķiskā impulsa l vērtībām, kurām ir pilnīgs de Broglie viļņa garums. Avots: wikimedia commons.
Ņemiet vērā, ka tas nepievieno jaunus galvenos kvantu skaitļus, tāpēc kopējā elektronu enerģija elipsveida orbītā ir tāda pati kā Boha modelī. Tāpēc nav jaunu enerģijas līmeņu, bet ar skaitļa n norādīto līmeņu divkāršošana.
Zeeman efekts un Stark efekts
Tādā veidā, pateicoties minētajiem 3 kvantu skaitļiem, ir iespējams precīzi noteikt konkrēto orbītu un tādējādi izskaidrot divu efektu esamību: Zeeman efektu un Stark efektu.
Un tā viņš izskaidro enerģijas divkāršošanos, kas parādās parastajā Zeeman efektā (pastāv arī anomāls Zeeman efekts), kurā spektrālā līnija tiek sadalīta vairākos komponentos, kad tā atrodas magnētiskā lauka klātbūtnē.
Šī līniju dubultošanās notiek arī elektriskā lauka klātbūtnē, kas ir pazīstams kā Stārka efekts, kas Sommerfeldam lika domāt par Boha modeļa modificēšanu, lai izskaidrotu šos efektus.
Atomu kodols un elektroni pārvietojas ap savu masas centru
Pēc tam, kad Ernests Rutherfords atklāja atoma kodolu un tika atklāts fakts, ka tur koncentrējas gandrīz visa atoma masa, zinātnieki uzskatīja, ka kodols ir vairāk vai mazāk stāvošs.
Tomēr Sommerfelds postulēja, ka gan kodols, gan orbītā esošie elektroni pārvietojas ap sistēmas masas centru, kas, protams, ir ļoti tuvu kodolam. Viņa modelis izmanto samazinātu elektronu kodola sistēmas masu, nevis elektronu masu.
Elipsveida orbītā, tāpat kā planētām ap Sauli, ir reizes, kad elektrons ir tuvāk, un citas reizes tālāk no kodola. Tāpēc tā ātrums katrā orbītas punktā ir atšķirīgs.
3. attēls. - Arnolds Sommerfelds. Avots: Wikimedia Commons. GFHund.
Elektroni var sasniegt relativistiskus ātrumus
Sommerfelds savā modelī ieviesa smalkās struktūras konstantu, bezizmēra konstanti, kas saistīta ar elektromagnētisko spēku:
α = 1 / 137.0359895
To definē kā koeficientu starp elektronu lādiņu e kvadrātā un Planka konstantes h reizinājumu ar gaismas ātrumu c vakuumā, visu reizinot ar 2π:
α = 2π (e 2 / hc) = 1 / 137,0359895
Smalkās struktūras konstante attiecas uz trim vissvarīgākajām konstantēm atomu fizikā. Otra ir elektronu masa, kas šeit nav uzskaitīta.
Tādā veidā elektroni tiek savienoti ar fotoniem (pārvietojas ar ātrumu c vakuumā) un tādējādi izskaidro dažu ūdeņraža atoma spektrālo līniju novirzes no tām, kuras paredzētas Boha modelī.
Pateicoties relativistiskām korekcijām, enerģijas līmeņi ar vienādu n, bet atšķirīgu l tiek atdalīti, radot smalko spektra struktūru, līdz ar to konstantes α nosaukumu.
Un visus raksturīgos atoma garumus var izteikt ar šo konstantu.
Attēlā parādīta leņķiskā impulsa L. kvantizācija. Atšķirībā no riņķveida orbītām, eliptiski katram enerģijas līmenim pieļauj vairāk nekā vienu L vērtību. Avots: F. Zapata.
Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocība
-Sommerfelds parādīja, ka viens kvantu skaitlis nebija pietiekams, lai izskaidrotu ūdeņraža atoma spektrālās līnijas.
- Tas bija pirmais modelis, kas ierosināja telpisko kvantēšanu, jo orbitāšu projekcijas elektromagnētiskā lauka virzienā faktiski tiek kvantētas.
-The Sommerfeld modelis veiksmīgi izskaidroja, ka elektroni ar tādu pašu galvenais kvantu skaitlis n atšķiras pēc enerģijas stāvoklī, jo tie var būt dažādi kvantu skaitļiem l un m L .
-Ievadīja konstanti α, lai izveidotu atomu spektra smalko struktūru un izskaidrotu Zēmena efektu.
- Iekļauti relativistiski efekti, jo elektroni var pārvietoties ar ātrumu, kas ir diezgan tuvu gaismas ātrumam.
Trūkumi
-Jūsu modelis bija piemērojams tikai atomiem ar vienu elektronu un daudzos aspektos sārmu metālu atomiem, piemēram, Li 2+ , bet tas nav noderīgs hēlija atomā, kurā ir divi elektroni.
-Tas neizskaidroja elektronisko sadalījumu atomā.
- Modelis ļāva aprēķināt atļauto stāvokļu enerģiju un starojuma frekvences, ko izstaro vai absorbē pārejās starp stāvokļiem, nesniedzot informāciju par šo pāreju laikiem.
-Tagad ir zināms, ka elektroni neseko trajektorijām ar iepriekš noteiktām formām, piemēram, orbītām, bet aizņem orbitāles, kosmosa reģionus, kas atbilst Šrodingera vienādojuma risinājumiem.
-Modelis patvaļīgi apvienoja klasiskos aspektus ar kvantu aspektiem.
-Viņam neizdevās izskaidrot anomālo Zēmena efektu, jo tas ir vajadzīgs Diraks modelis, kurš vēlāk pievienoja vēl vienu kvantu numuru.
Interesanti raksti
Šrēdingera atomu modelis.
De Broglie atomu modelis.
Čadvika atomu modelis.
Heizenberga atomu modelis.
Perrina atomu modelis.
Tomsa atoma modelis.
Daltona atomu modelis.
Diraka Jordānijas atomu modelis.
Democritus atomu modelis.
Boha atoma modelis.
Atsauces
- Brainkarts. Sommerfelda atoma modelis un tā trūkumi. Atgūts no: brainkart.com.
- Kā mums gāja zināt kosmosu: gaisma un jautājums. Sommerfelda atoms. Atgūts no: thestargarden.co.uk
- Pārkers, P. Boha-Sommerfelda atoms. Atgūts no: fiznet.org
- Izglītības stūrītis. Sommerfelda modelis. Atgūts no: rinconeducativo.com.
- Wikipedia. Sommerfelda atomu modelis. Atgūts no: es.wikipedia, org.