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Caratteristiche e limiti del modello atomico di Broglie
il Il modello atomico di Broglie è stato proposto dal fisico francese Louis Broglie nel 1924. Nella sua tesi di dottorato, Broglie ha affermato la dualità onda-particella di elettroni, gettando le basi della meccanica ondulatoria. Broglie pubblicò importanti risultati teorici sulla natura del corpuscolo ondulatorio della materia a scala atomica.
Successivamente, le dichiarazioni di Broglie furono dimostrate sperimentalmente dagli scienziati Clinton Davisson e Lester Germer, nel 1927. La teoria ondulatoria degli elettroni di Broglie si basa sulla proposta di Einstein sulle proprietà d'onda della luce a brevi lunghezze d'onda.
Broglie annunciò la possibilità che la materia avesse un comportamento simile a quello della luce e suggerì proprietà simili nelle particelle subatomiche come gli elettroni.
Le cariche elettriche e le orbite limitano l'ampiezza, la lunghezza e la frequenza dell'onda descritta dagli elettroni. Broglie ha spiegato il movimento degli elettroni attorno al nucleo atomico.
indice
- 1 Caratteristiche del modello atomico di Broglie
- 2 esperimento di Davisson e Germer
- 3 limitazioni
- 4 Articoli di interesse
- 5 riferimenti
Caratteristiche del modello atomico di Broglie
Per sviluppare la sua proposta, Broglie partì dal principio che gli elettroni avevano una doppia natura tra onda e particella, simile alla luce.
In questo senso, Broglie ha fatto una similitudine tra i due fenomeni e, sulla base delle equazioni sviluppate da Einstein per lo studio della natura ondulatoria della luce, ha indicato quanto segue:
- L'energia totale del fotone e, di conseguenza, l'energia totale dell'elettrone, risulta dal prodotto della frequenza dell'onda e della costante di Plank (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x secondi), come dettagliato nella seguente espressione:
In questa espressione:
E = energia dell'elettrone.
h = costante della plancia.
f = frequenza dell'onda.
- La quantità di moto lineare del fotone, e quindi dell'elettrone, è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, ed entrambe le grandezze sono correlate attraverso la costante di Plank:
In questa espressione:
p = quantità di moto lineare dell'elettrone.
h = costante della plancia.
λ = lunghezza d'onda.
- Il momento lineare è il prodotto della massa della particella dalla velocità che la particella ha durante il suo spostamento.
Se la precedente espressione matematica è ristrutturata in funzione della lunghezza d'onda, abbiamo il seguente:
In detta espressione:
λ = lunghezza d'onda.
h = costante della plancia.
m = massa dell'elettrone.
v = velocità dell'elettrone.
Poiché h, la costante di Plank, ha un valore piccolo, anche la lunghezza d'onda λ è piccola. Di conseguenza, è possibile affermare che le proprietà dell'onda dell'elettrone si verificano solo a livelli atomici e subatomici.
- Broglie si basa anche sui postulati del modello atomico di Bohr. Secondo quest'ultimo, le orbite degli elettroni sono limitate e possono essere solo multipli di numeri interi. in tal modo:
dove:
λ = lunghezza d'onda.
h = costante della plancia.
m = massa dell'elettrone.
v = velocità dell'elettrone.
r = raggio dell'orbita.
n = intero
Secondo il modello atomico di Bohr, adottato da Broglie come base, se gli elettroni si comportano come onde stazionarie, le uniche orbite consentite sono quelle il cui raggio è uguale a un multiplo intero della lunghezza d'onda λ.
Pertanto, non tutte le orbite soddisfano i parametri necessari affinché un elettrone si muova attraverso di esse. Questo è il motivo per cui gli elettroni possono muoversi solo in orbite specifiche.
La teoria ondulatoria degli elettroni de Broglie ha giustificato il successo del modello atomico di Bohr per spiegare il comportamento del singolo elettrone dell'atomo di idrogeno.
Allo stesso modo, ha anche chiarito perché questo modello non si adattava a sistemi più complessi, cioè atomi con più di un elettrone.
Esperimento di Davisson e Germer
La verifica sperimentale del modello atomico di Broglie ebbe luogo 3 anni dopo la sua pubblicazione, nel 1927.
I prominenti fisici americani Clinton J. Davisson e Lester Germer hanno sperimentalmente confermato la teoria della meccanica ondulatoria.
Davisson e Germer eseguirono test di dispersione di un fascio di elettroni attraverso un cristallo di nichel e osservarono il fenomeno della diffrazione attraverso il mezzo metallico.
L'esperimento effettuato consisteva nello svolgere la seguente procedura:
- In primo luogo, è stato posizionato un assieme con un fascio di elettroni che aveva un'energia iniziale nota.
- È stata installata una sorgente di tensione per accelerare il movimento degli elettroni, provocando una potenziale differenza.
- Il flusso del fascio di elettroni era diretto verso un cristallo metallico; in questo caso, nichel.
- È stato misurato il numero di elettroni che hanno avuto un impatto sul cristallo di nichel.
Alla fine dell'esperimento, Davisson e Germer scoprirono che gli elettroni erano dispersi in diverse direzioni.
Ripetendo l'esperimento utilizzando cristalli metallici con diversi orientamenti, gli scienziati hanno rilevato quanto segue:
- La dispersione del fascio di elettroni attraverso il cristallo metallico era paragonabile al fenomeno dell'interferenza e della diffrazione dei raggi di luce.
- La riflessione degli elettroni sul cristallo di impatto descriveva la traiettoria che, teoricamente, dovrebbe descrivere secondo la teoria delle onde di elettroni di Broglie.
In breve, l'esperimento di Davisson e Germer ha sperimentalmente provato la natura a due onde delle particelle degli elettroni.
limitazioni
Il modello atomico di Broglie non prevede la posizione esatta dell'elettrone sull'orbita in cui si muove.
In questo modello, gli elettroni sono percepiti come onde che si muovono in tutta l'orbita senza una posizione specifica, che introduce il concetto di orbitale elettronico.
Inoltre, il modello atomico di Broglie, analogo al modello di Schrödinger, non considera la rotazione degli elettroni sul suo asse (rotazione).
Ignorando il momento angolare intrinseco degli elettroni, le variazioni spaziali di queste particelle subatomiche vengono trascurate.
Nello stesso ordine di idee, questo modello non tiene conto dei cambiamenti nel comportamento degli elettroni veloci come conseguenza di effetti relativistici.
Articoli di interesse
Modello atomico di Schrödinger.
Modello atomico di Chadwick.
Modello atomico di Heisenberg.
Modello atomico di Perrin.
Modello atomico di Thomson.
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Modello atomico di Dirac Jordan.
Modello atomico di Democrito.
Modello atomico di Bohr.
riferimenti
- Bohr's Quantum Theory e De Broglie Waves (s.f.). Estratto da: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biografico (1929). © La Fondazione Nobel. Estratto da: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (s.f.). Estratto da: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Estratto da: britannica.com
- Modello atomico di De Broglie. Università nazionale di educazione a distanza. La Spagna. Estratto da: ocw.innova.uned.es
- Onde di materia di Louis De Broglie (s.f.). Estratto da: hiru.eus
- Von Pamel, O. e Marchisio, S. (s.f.). Meccanica quantistica Università Nazionale di Rosario. Estratto da: fceia.unr.edu.ar