דגם אטומי של תכונות זומרפלד, פוסטולטים ומגבלות

ה המודל האטומי של סומרפלד היא גרסה משופרת של מודל בוהר, שבו ההתנהגות של אלקטרונים מוסברת על ידי קיומם של רמות אנרגיה שונות בתוך האטום. ארנולד זומרפלד פרסם את הצעתו ב -1916, אשר הסביר את המגבלות של מודל זה על ידי יישום תורת היחסות של איינשטיין.

הפיסיקאי הגרמני המצטיין גילה שבאטומים מסוימים הגיעו האלקטרונים למהירות קרובה למהירות האור. לאור זאת, הוא בחר לבסס את הניתוח שלו על תיאוריה רלטיביסטית. החלטה זו היתה שנוייה במחלוקת, שכן תורת היחסות טרם התקבלה בקהילה המדעית עד אז.

בדרך זו, Sommerfeld תיגר על העקרונות המדעיים של הזמן ולקח גישה אחרת למידול אטומי.

אינדקס

• 1 מאפיינים 
  • 1.1 מגבלות המודל האטומי של בוהר
  • 1.2 תרומתו של זומרפלד
• 2 ניסוי
• 3 פוסטולים
  • 3.1 המספר הקוונטי הראשי "n"
  • 3.2 מספר קוונטי משני "I"
• 4 מגבלות
• 5 הפניות

תכונות 

מגבלות המודל האטומי של בוהר

המודל האטומי של סומרפלד מתגלה כדי להשלים את הליקויים של המודל האטומי של בוהר. ההנחות של מודל זה, במשיכות רחבות, הן כדלקמן:

- אלקטרונים מתארים מסלולים מעגליים סביב הגרעין, ללא אנרגיה מקרין.

- לא כל המסלולים היו אפשריים. רק מסלולים מופעלים שתנופת הזווית של האלקטרון עומדת בתכונות מסוימות. ראוי לציין כי המומנטום הזוויתי של חלקיק תלוי במכלול של כל הגדלים (מהירות, מסה ומרחק) ביחס למרכז התור.

- האנרגיה המשתחררת כאשר אלקטרון יורד ממסלול אחד למשנהו נפלטת בצורה של אנרגיית אור (פוטון).

למרות המודל האטומי של בוהר תיאר באופן מושלם את ההתנהגות של אטום המימן, postulates שלה לא היו לשכפל סוגים אחרים של אלמנטים.

כאשר מנתחים את הספקטרום המתקבל מאטומים של אלמנטים שאינם מימן, התגלה כי אלקטרונים הממוקמים באותה רמת אנרגיה יכולים להכיל אנרגיות שונות.

לכן, כל אחד מבסיסי המודל היה ניתן להפרכה מנקודת המבט של הפיזיקה הקלאסית. ברשימה הבאה מפורטות התיאוריות הסותרות את המודל, על פי המספור הקודם:

- לפי החוקים האלקטרומגנטיים של מקסוול, כל ההאשמות הנתונות להאצה מסוימת פולטות אנרגיה בצורה של קרינה אלקטרומגנטית.

- בהינתן עמדת הפיסיקה הקלאסית, לא היה אפשר להעלות על הדעת שאלקטרון לא יוכל לנוע בחופשיות בכל מרחק מן הגרעין.

- עד אז, הקהילה המדעית היתה משוכנעת היטב בטבע הגל של האור, והרעיון להציג את עצמו כחלקיק לא הוסדר עד אז..

תרומתו של זומרפלד

ארנולד זומרפלד סיכם כי ההבדל באנרגיה בין האלקטרונים - למרות שהם היו באותה רמת אנרגיה - נובעת מקיומו של תת-רמות אנרגיה בתוך כל רמה.

זומרפלד הסתמך על חוק קולון כדי לקבוע שאם אלקטרון נתון לכוח בעל יחס הפוך לריבוע המרחק, הנתיב המתואר צריך להיות אליפטי ולא מעגלי.

בנוסף, היא התבססה על תורת היחסות של איינשטיין כדי לתת טיפול שונה לאלקטרונים, ולהעריך את התנהגותם על סמך המהירויות שהגיעו על ידי חלקיקים בסיסיים אלה.

ניסוי

השימוש בספקטרוסקופים ברזולוציה גבוהה לניתוח התיאוריה האטומית חשף את קיומו של קווים ספקטרליים עדינים מאוד, שאותם לא זיהה נילס בוור, ואשר המודל שהוצע על ידו אינו מספק פתרון.

לאור זאת, חזר Sommerfeld על הניסויים של פירוק האור בספקטרום האלקטרומגנטי שלה באמצעות באמצעות electroscopes הדור הבא של אז.

מחקירתו, סומרפלד הסיק כי האנרגיה הנמצאת במסלול נייח של האלקטרון תלויה באורכי החצי של האליפסה המתארת ​​את המסלול האמור.

תלות זו ניתנת על ידי המנה הקיימת בין אורכו של הציר הראשי למחצה לבין אורך הציר המרכזי של האליפסה, וערכו יחסי.

לכן, כאשר האלקטרון משתנה מרמת אנרגיה אחת לרמה נמוכה יותר, מסלולים שונים עשויים להיות מופעלים בהתאם לאורך הציר המרכזי של האליפסה..

בנוסף, Sommerfeld גם ציין כי הקווים הספקטראליים היו להתפתח. ההסבר שהמדען מייחס לתופעה זו הוא הרב-תכליתיות של המסלולים, שכן אלה יכולים להיות אליפטיים או מעגליים.

בדרך זו, הסביר זומרפלד מדוע קווים ספקטראליים דקים מוערכים בעת ביצוע הניתוח עם ספקטרוסקופ.

פוסטולים

לאחר מספר חודשים של מחקרים החלים את חוק קולומב ואת תורת היחסות כדי להסביר את חסרונות המודל של בוהר, בשנת 1916 הודיע ​​Sommerfeld שני שינויים בסיסיים על המודל הנ"ל:

- מסלולי האלקטרונים יכולים להיות מעגליים או אליפטיים.

- אלקטרונים מגיעים למהירויות יחסית; כלומר, ערכים הקרובים למהירות האור.

Sommerfeld הגדיר שני משתנים קוונטיים המאפשרים לתאר את התנע הזוויתי המסלול ואת צורת המסלול עבור כל אטום. אלה הם:

מספר קוונטי ראשי "n"

לכמת את הציר המרכזי של האליפסה המתואר על ידי האלקטרון.

מספר קוונטי משני "אני"

לכמת את semiaxis קטין של אליפסה שתואר על ידי האלקטרון.

ערך זה האחרון, הידוע גם בשם מספר הקוונטים azimuthal, היה מיועד עם האות "אני" ו רוכש ערכים הנעים בין 0 ל n-1, כאשר n הוא המספר הקוונטי הראשי של האטום.

בהתאם לערך של מספר הקוונטים האזימוטלי, זומרפלד הקצה זרמים שונים עבור המסלולים, כמפורט להלן:

- l = 0 → S אורביטלים.

- l = 1 → מסלול אורביאלי עיקרי.

- l = 2 מפוזרת מסלולית מסלולית d.

- אני = 3 → היסוד מסלולית מסלולית F.

בנוסף, Sommerfeld ציין כי הגרעין של האטומים לא סטטי. על פי המודל המוצע על ידו, הן הגרעין והן האלקטרונים נעים סביב מרכז המסה של האטום.

מגבלות

הליקויים העיקריים של המודל האטומי של Sommerfeld הם:

- ההנחה כי המומנטום הזוויתי הוא quantized כמוצר של מסה על ידי מהירות ורדיוס של תנועה הוא שקר. המומנטום הזוויתי תלוי באופיו של גל האלקטרונים.

- המודל אינו מפרט מה גורם לקפיצתו של אלקטרון ממסלול אחד למשנהו, ולא יכול לתאר את התנהגות המערכת במהלך המעבר של האלקטרון בין מסלולים יציבים.

- על פי העקרונות של המודל, אי אפשר לדעת את עוצמת תדרי הפליטה הספקטראליים.

הפניות

1. Bathia, L. (2017). מודל אטומי של זומרפלד. מקור: chemistryonline.guru.
2. הסבר בפירוט כיצד Sommerfeld הרחיב את Bohr Theory (s.f.). מקור: thebigger.com
3. Méndez, A. (2010). דגם אטומי של זומרפלד. מקור:
4. מודל אטומי של בוהר-זומרפלד (s.f.). IE מגדלנה. Avilés, ספרד. מקור: fisquiweb.es
5. פרקר, פ. (2001). מודל Bohr-Sommerfeld של אטום. פרויקט פיזנט. אוניברסיטת מישיגן. מישיגן, ארה"ב מקור: physnet.org