Modello atomico di Sommerfeld Caratteristiche, postulati e limiti

il Il modello atomico di Sommerfeld è una versione migliorata del modello di Bohr, in cui il comportamento degli elettroni è spiegato dall'esistenza di diversi livelli di energia all'interno dell'atomo. Arnold Sommerfeld pubblicò la sua proposta nel 1916 spiegando i limiti di questo modello applicando la teoria della relatività di Einstein.

L'eccezionale fisico tedesco scoprì che in alcuni atomi gli elettroni raggiungevano velocità vicine alla velocità della luce. Alla luce di ciò, scelse di basare la sua analisi sulla teoria relativistica. Questa decisione fu controversa per il tempo, poiché la teoria della relatività non era stata ancora accettata nella comunità scientifica da allora.

In questo modo Sommerfeld sfidò i precetti scientifici del tempo e diede un approccio diverso alla modellizzazione atomica.

indice

• 1 caratteristiche
  • 1.1 Limitazioni del modello atomico di Bohr
  • 1.2 Il contributo di Sommerfeld
• 2 Esperimento
• 3 postulati
  • 3.1 Numero quantico principale "n"
  • 3.2 Numero quantico secondario "I"
• 4 limitazioni
• 5 riferimenti

lineamenti

Limitazioni del modello atomico di Bohr

Il modello atomico di Sommerfeld emerge per perfezionare le carenze del modello atomico di Bohr. Le proposizioni di questo modello, a grandi linee, sono le seguenti:

- Gli elettroni descrivono orbite circolari attorno al nucleo, senza irradiare energia.

- Non tutte le orbite erano possibili. Sono abilitate solo le orbite il cui momento angolare dell'elettrone soddisfa determinate caratteristiche. Vale la pena notare che il momento angolare di una particella dipende da un compendio di tutte le sue grandezze (velocità, massa e distanza) rispetto al centro della virata.

- L'energia rilasciata quando un elettrone scende da un'orbita all'altra viene emessa sotto forma di energia luminosa (fotone).

Sebbene il modello atomico di Bohr descrivesse perfettamente il comportamento dell'atomo di idrogeno, i suoi postulati non erano replicabili ad altri tipi di elementi.

Analizzando gli spettri ottenuti da atomi di elementi diversi dall'idrogeno, è stato rilevato che gli elettroni che si trovavano allo stesso livello di energia potevano contenere energie diverse.

Quindi, ciascuna delle basi del modello era confutabile dal punto di vista della fisica classica. Nell'elenco seguente sono dettagliate le teorie che contraddicono il modello, secondo la precedente numerazione:

- Secondo le leggi elettromagnetiche di Maxwell, tutti i carichi soggetti ad una certa accelerazione emettono energia sotto forma di radiazione elettromagnetica.

- Data la posizione della fisica classica, era inconcepibile che un elettrone non potesse orbitare liberamente a qualsiasi distanza dal nucleo.

- A quel punto, la comunità scientifica aveva una ferma convinzione circa la natura ondulatoria della luce, e l'idea che fosse presente come una particella non era stata contemplata fino ad allora.

Il contributo di Sommerfeld

Arnold Sommerfeld ha concluso che la differenza di energia tra gli elettroni - anche se erano allo stesso livello di energia - era dovuta all'esistenza di sottolivelli energetici all'interno di ciascun livello.

Sommerfeld si affidava alla legge di Coulomb per affermare che se un elettrone è sottoposto a una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza, la traiettoria descritta dovrebbe essere ellittica e non strettamente circolare.

Inoltre, si basava sulla teoria della relatività di Einstein per dare un trattamento diverso agli elettroni e per valutare il loro comportamento in base alle velocità raggiunte da queste particelle fondamentali.

esperimento

L'uso di spettroscopi ad alta risoluzione per l'analisi della teoria atomica ha rivelato l'esistenza di linee spettrali molto sottili che Niels Bohr non aveva rilevato e per le quali il modello da lui proposto non forniva una soluzione.

In considerazione di ciò, Sommerfeld ha ripetuto gli esperimenti di decomposizione della luce nel suo spettro elettromagnetico mediante l'uso di elettroscopi di nuova generazione.

Dalle sue ricerche, Sommerfeld ha dedotto che l'energia contenuta nell'orbita stazionaria dell'elettrone dipende dalle lunghezze dei semiassi dell'ellisse che descrive quell'orbita.

Questa dipendenza è data dal quoziente che esiste tra la lunghezza dell'asse semima maggiore e la lunghezza dell'asse semima maggiore dell'ellisse, e il suo valore è relativo.

Pertanto, quando un elettrone cambia da un livello di energia a un altro inferiore, possono essere abilitate diverse orbite a seconda della lunghezza dell'asse seminale maggiore dell'ellisse.

Inoltre, Sommerfeld ha anche osservato che le linee spettrali sono state dispiegate. La spiegazione che lo scienziato attribuiva a questo fenomeno era la versatilità delle orbite, poiché queste potevano essere ellittiche o circolari.

In questo modo, Sommerfeld ha spiegato perché le linee spettrali sottili erano apprezzate al momento di eseguire l'analisi con lo spettroscopio.

postulati

Dopo diversi mesi di studi che applicano la legge di Coulomb e la teoria della relatività per spiegare le carenze del modello di Bohr, nel 1916 Sommerfeld annunciò due modifiche fondamentali sul modello menzionato:

- Le orbite degli elettroni possono essere circolari o ellittiche.

- Gli elettroni raggiungono velocità relativistiche; cioè valori vicini alla velocità della luce.

Sommerfeld ha definito due variabili quantistiche che consentono di descrivere il momento angolare orbitale e la forma dell'orbitale per ciascun atomo. Questi sono:

Numero quantico principale "n"

Quantizza l'asse seminale maggiore dell'ellisse descritto dall'elettrone.

Numero quantico secondario "I"

Quantizza il semiasse minore dell'ellisse descritto dall'elettrone.

Questo ultimo valore, noto anche come numero quantico azimutale, è stato designato con la lettera "I" e acquisisce valori compresi tra 0 e n-1, dove n è il numero quantico principale dell'atomo.

A seconda del valore del numero quantico azimutale, Sommerfeld ha assegnato denominazioni diverse per le orbite, come descritto di seguito:

- l = 0 → S. orbitali

- l = 1 → orbitale orbitale principale p.

- l = 2 → orbitale orbitale diffuso d.

- I = 3 → fondamentale orbitale orbitale f.

Inoltre, Sommerfeld ha indicato che il nucleo degli atomi non era statico. Secondo il modello da lui proposto, sia il nucleo che gli elettroni si muovono attorno al centro di massa dell'atomo.

limitazioni

Le principali carenze del modello atomico di Sommerfeld sono le seguenti:

- L'assunto che il momento angolare sia quantizzato come prodotto di massa per velocità e raggio di movimento è falso. Il momento angolare dipende dalla natura dell'onda elettronica.

- Il modello non specifica cosa scatena il salto di un elettrone da un'orbita all'altra, né può descrivere il comportamento del sistema durante la transizione dell'elettrone tra orbite stabili.

- Secondo i precetti del modello, è impossibile conoscere l'intensità delle frequenze di emissione spettrale.

riferimenti

1. Bathia, L. (2017). Modello atomico di Sommerfeld. Estratto da: chemistryonline.guru.
2. Spiega in dettaglio come Sommerfeld estese la teoria di Bohr (s.f.). Estratto da: thebigger.com
3. Méndez, A. (2010). Modello atomico di Sommerfeld. Estratto da: quimica.laguia2000.com
4. Modello atomico di Bohr-Sommerfeld (s.f.). IES La Magdalena. Avilés, Spagna. Estratto da: fisquiweb.es
5. Parker, P. (2001). Il modello di atomo di Bohr-Sommerfeld. Progetto Physnet. Michigan State University. Michigan, Stati Uniti d'America. Estratto da: physnet.org