و النموذج الذري دي برولي اقترحه الفيزيائي الفرنسي لويس برولي في عام 1924. وفي أطروحة الدكتوراه، أكد برولي ازدواجية موجة-جسيم من الإلكترونات، وإرساء أسس ميكانيكا الموجة. نشر Broglie نتائج نظرية مهمة حول طبيعة موجة الجسم للمادة على المستوى الذري.
في وقت لاحق ، تم توضيح تصريحات دي برولي بشكل تجريبي من قبل العالمين كلينتون دافيسون وليستر جيرمر ، في عام 1927. تستند نظرية موجة الإلكترون لديبروجلي على اقتراح أينشتاين بشأن الخصائص الموجية للضوء عند الأطوال الموجية القصيرة.
أعلن Broglie عن احتمال أن يكون للمادة سلوك مشابه لسلوك الضوء ، واقترح خصائص مماثلة في الجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات.
تقيد الشحنات والمدارات الكهربائية سعة وطول وتواتر الموجة التي تصفها الإلكترونات. شرح برولي حركة الإلكترونات حول نواة الذرة.
خصائص نموذج دي برولي الذري
لتطوير اقتراحه ، بدأ Broglie من مبدأ أن للإلكترونات طبيعة مزدوجة بين الموجة والجسيم ، على غرار الضوء.
بهذا المعنى ، قام Broglie بعمل تشابه بين كلتا الظاهرتين ، وبناءً على المعادلات التي طورها أينشتاين لدراسة الطبيعة الموجية للضوء ، أشار إلى ما يلي:
- تنتج الطاقة الكلية للفوتون ، وبالتالي الطاقة الكلية للإلكترون ، من ناتج تردد الموجة وثابت بلانك (6.62606957 (29) × 10 -34 جول × ثانية) ، كما هو موضح مفصلة في التعبير التالي:
في هذا التعبير:
E = طاقة الإلكترون.
ح = ثابت بلانك.
f = تردد الموجة.
- الزخم الخطي للفوتون ، وبالتالي للإلكترون ، يتناسب عكسياً مع الطول الموجي ، وكلا المقدارين مرتبطان من خلال ثابت بلانك:
في هذا التعبير:
ع = زخم الإلكترون.
ح = ثابت بلانك.
λ = الطول الموجي.
- الزخم الخطي هو نتاج كتلة الجسيم والسرعة التي يمتلكها الجسيم أثناء إزاحته.
إذا تمت إعادة هيكلة التعبير الرياضي أعلاه كدالة لطول الموجة ، فلدينا ما يلي:
في هذا التعبير:
λ = الطول الموجي.
ح = ثابت بلانك.
م = كتلة الإلكترون.
ت = سرعة الإلكترون.
بما أن h ثابت بلانك له قيمة صغيرة ، كذلك الطول الموجي λ. وبالتالي ، من الممكن القول أن الخصائص الموجية للإلكترون تحدث فقط على المستويات الذرية ودون الذرية.
- يعتمد Broglie أيضًا على افتراضات نموذج Bohr الذري. وفقًا لهذا الأخير ، فإن مدارات الإلكترونات محدودة ويمكن أن تكون فقط مضاعفات الأعداد الصحيحة. وبالتالي:
أين:
λ = الطول الموجي.
ح = ثابت بلانك.
م = كتلة الإلكترون.
ت = سرعة الإلكترون.
r = نصف قطر المدار.
ن = عدد صحيح.
وفقًا لنموذج بور الذري ، الذي تبناه Broglie كأساس ، إذا كانت الإلكترونات تتصرف مثل الموجات الواقفة ، فإن المدارات الوحيدة المسموح بها هي تلك التي يكون نصف قطرها يساوي عددًا صحيحًا مضاعفًا لطول الموجة λ.
لذلك ، لا تفي جميع المدارات بالمعلمات اللازمة لتحرك الإلكترون خلالها. هذا هو السبب في أن الإلكترونات يمكن أن تتحرك فقط في مدارات محددة.
بررت نظرية موجة الإلكترون لدي بروي نجاح نموذج بوهر الذري في شرح سلوك الإلكترون المفرد لذرة الهيدروجين.
وبالمثل ، يلقي الضوء أيضًا على سبب عدم ملاءمة هذا النموذج للأنظمة الأكثر تعقيدًا ، أي الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد.
تجربة دافيسون وجيرمر
تم التحقق التجريبي لنموذج دي برولي الذري بعد 3 سنوات من نشره ، في عام 1927.
أكد الفيزيائيان الأمريكيان الرائدان كلينتون جيه دافيسون وليستر جيرمر نظرية ميكانيكا الموجة تجريبياً.
أجرى دافيسون وجيرمر اختبارات تشتيت لحزمة إلكترونية عبر بلورة نيكل ولاحظا ظاهرة الانعراج عبر الوسط المعدني.
اشتملت التجربة التي تم إجراؤها على القيام بالإجراء التالي:
- في الحالة الأولى ، تم وضع مجموعة حزمة إلكترونية لها طاقة أولية معروفة.
- تم تركيب مصدر جهد لتسريع حركة الإلكترونات عن طريق تحريض فرق الجهد.
- تم توجيه تدفق شعاع الإلكترون نحو بلورة معدنية ؛ في هذه الحالة ، النيكل.
- تم قياس عدد الإلكترونات التي أثرت على بلورة النيكل.
في نهاية التجربة ، اكتشف دافيسون وجيرمر أن الإلكترونات مبعثرة في اتجاهات مختلفة.
وبتكرار التجربة باستخدام بلورات معدنية ذات توجهات مختلفة اكتشف العلماء ما يلي:
- كان تشتت شعاع الإلكترون عبر البلورة المعدنية مشابهًا لظاهرة التداخل وانحراف أشعة الضوء.
- وصف انعكاس الإلكترونات على بلورة الصدم المسار الذي يجب أن يصفه نظريًا وفقًا لنظرية موجة الإلكترون من دي بروي.
باختصار ، أثبتت تجربة دافيسون وجيرمر تجريبياً طبيعة الموجة المزدوجة للجسيمات للإلكترونات.
محددات
لا يتنبأ نموذج دي برولي الذري بالموقع الدقيق للإلكترون في المدار الذي يسافر فيه.
في هذا النموذج ، يُنظر إلى الإلكترونات على أنها موجات تتحرك في جميع أنحاء المدار بدون موقع محدد ، وبالتالي تقديم مفهوم المدار الإلكتروني.
علاوة على ذلك ، فإن نموذج دي برولي الذري ، المماثل لنموذج شرودنغر ، لا يأخذ في الاعتبار دوران الإلكترونات حول نفس المحور (الدوران).
من خلال تجاهل الزخم الزاوي الجوهري للإلكترونات ، يتم إهمال الاختلافات المكانية لهذه الجسيمات دون الذرية.
على نفس المنوال ، لا يأخذ هذا النموذج أيضًا في الاعتبار التغيرات في سلوك الإلكترونات السريعة نتيجة للتأثيرات النسبية.
مقالات ذات أهمية
نموذج شرودنغر الذري.
نموذج تشادويك الذري.
نموذج هايزنبرغ الذري.
نموذج بيرين الذري.
نموذج طومسون الذري.
نموذج دالتون الذري.
نموذج ديراك الأردن الذري.
النموذج الذري لديموقريطس.
نموذج بوهر الذري.
المراجع
- نظرية بوهر الكمومية و De Broglie Waves (بدون تاريخ). تم الاسترجاع من: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- لويس دي برولي - السيرة الذاتية (1929). © مؤسسة نوبل. تم الاسترجاع من: nobelprize.org
- لويس فيكتور دي بروجلي (بدون تاريخ). تم الاسترجاع من: chemed.chem.purdue.edu
- لوفيت ، ب. (1998). لويس دي بروجلي. Encyclopædia Britannica، Inc. تم الاسترجاع من: britannica.com
- نموذج دي برولي الذري. الجامعة الوطنية للتعليم عن بعد. إسبانيا. تم الاسترجاع من: ocw.innova.uned.es
- موجات المادة لويس دي بروجلي (الثانية). تم الاسترجاع من: hiru.eus
- Von Pamel، O.، and Marchisio، S. (nd). ميكانيكا الكم. جامعة روساريو الوطنية. تم الاسترجاع من: fceia.unr.edu.ar