- Đặc điểm của mô hình nguyên tử de Broglie
- Thử nghiệm của Davisson và Germer
- Hạn chế
- Các bài báo quan tâm
- Người giới thiệu
Các Broglie mô hình nguyên tử de đã được đề xuất bởi nhà vật lý người Pháp Louis Broglie vào năm 1924. Trong luận án tiến sĩ của ông, Broglie khẳng định sự đối ngẫu sóng hạt của electron, đặt nền móng của cơ học sóng. Broglie đã công bố những phát hiện lý thuyết quan trọng về bản chất sóng-tiểu thể của vật chất ở quy mô nguyên tử.
Sau đó, các phát biểu của de Broglie đã được các nhà khoa học Clinton Davisson và Lester Germer chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1927. Lý thuyết sóng điện tử của De Broglie dựa trên đề xuất của Einstein về tính chất sóng của ánh sáng ở bước sóng ngắn.
Broglie đã công bố khả năng vật chất có hành vi tương tự như ánh sáng, và đề xuất các tính chất tương tự ở các hạt hạ nguyên tử như electron.
Các điện tích và quỹ đạo hạn chế biên độ, độ dài và tần số của sóng được mô tả bởi các electron. Broglie đã giải thích chuyển động của các electron xung quanh hạt nhân nguyên tử.
Đặc điểm của mô hình nguyên tử de Broglie
Để phát triển đề xuất của mình, Broglie bắt đầu từ nguyên lý rằng các điện tử có bản chất kép giữa sóng và hạt, tương tự như ánh sáng.
Theo nghĩa này, Broglie đã thực hiện một mô phỏng giữa cả hai hiện tượng và dựa trên các phương trình do Einstein phát triển để nghiên cứu bản chất sóng của ánh sáng, ông chỉ ra như sau:
- Tổng năng lượng của photon và do đó, tổng năng lượng của electron, là kết quả của tích của tần số sóng và hằng số Plank (6,62606957 (29) × 10 -34 Jules x giây), như được hiển thị chi tiết trong biểu thức sau:
Trong biểu thức này:
E = năng lượng của electron.
h = hằng số Plank.
f = tần số của sóng.
- Động lượng tuyến tính của photon, và do đó của electron, tỷ lệ nghịch với bước sóng, và cả hai độ lớn liên hệ với nhau thông qua hằng số Plank:
Trong biểu thức này:
p = động lượng của electron.
h = hằng số Plank.
λ = bước sóng.
- Động lượng tuyến tính là tích số của khối lượng của hạt và tốc độ của hạt trong quá trình chuyển dời.
Nếu biểu thức toán học trên được cấu trúc lại dưới dạng một hàm của bước sóng, chúng ta có như sau:
Trong biểu thức này:
λ = bước sóng.
h = hằng số Plank.
m = khối lượng của electron.
v = vận tốc của êlectron.
Vì h, hằng số Plank, có giá trị nhỏ nên bước sóng λ cũng vậy. Do đó, có thể nói rằng tính chất sóng của electron chỉ xảy ra ở cấp nguyên tử và hạ nguyên tử.
- Broglie cũng dựa trên các định đề về mô hình nguyên tử của Bohr. Theo cái sau, quỹ đạo của các electron bị giới hạn và chỉ có thể là bội số của các số nguyên. Vì thế:
Ở đâu:
λ = bước sóng.
h = hằng số Plank.
m = khối lượng của electron.
v = vận tốc của êlectron.
r = bán kính của quỹ đạo.
n = số nguyên.
Theo mô hình nguyên tử của Bohr, mà Broglie lấy làm cơ sở, nếu các electron hoạt động giống như sóng dừng, quỹ đạo duy nhất được phép là những quỹ đạo có bán kính bằng bội số nguyên của bước sóng λ.
Do đó, không phải tất cả các quỹ đạo đều đáp ứng các thông số cần thiết để một electron di chuyển qua chúng. Đây là lý do tại sao các electron chỉ có thể chuyển động trong những quỹ đạo cụ thể.
Lý thuyết sóng điện tử de Broglie đã biện minh cho sự thành công của mô hình nguyên tử Bohr trong việc giải thích hoạt động của electron độc thân nguyên tử hydro.
Tương tự, nó cũng làm sáng tỏ lý do tại sao mô hình này không phù hợp với các hệ thống phức tạp hơn, tức là các nguyên tử có nhiều hơn một điện tử.
Thử nghiệm của Davisson và Germer
Thử nghiệm xác minh mô hình nguyên tử de Broglie diễn ra 3 năm sau khi nó được công bố, vào năm 1927.
Các nhà vật lý hàng đầu của Mỹ là Clinton J. Davisson và Lester Germer đã xác nhận bằng thực nghiệm lý thuyết về cơ học sóng.
Davisson và Germer đã thực hiện các thử nghiệm tán xạ của chùm điện tử qua một tinh thể niken và quan sát hiện tượng nhiễu xạ qua môi trường kim loại.
Thí nghiệm được thực hiện bao gồm thực hiện quy trình sau:
- Trong trường hợp đầu tiên, một chùm tia điện tử được đặt có năng lượng ban đầu đã biết.
- Một nguồn điện áp đã được lắp đặt để tăng tốc chuyển động của các electron bằng cách kích thích sự chênh lệch thế năng.
- Luồng của chùm điện tử hướng tới một tinh thể kim loại; trong trường hợp này là niken.
- Đo được số êlectron va chạm vào tinh thể niken.
Vào cuối thí nghiệm, Davisson và Germer phát hiện ra rằng các electron bị phân tán theo các hướng khác nhau.
Bằng cách lặp lại thí nghiệm sử dụng các tinh thể kim loại với các hướng khác nhau, các nhà khoa học đã phát hiện ra những điều sau:
- Sự tán xạ của chùm êlectron qua tinh thể kim loại có thể so sánh với hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ của các tia sáng.
- Sự phản xạ của các electron trên tinh thể va chạm đã mô tả quỹ đạo mà về mặt lý thuyết, nó nên mô tả theo thuyết sóng electron de Broglie.
Tóm lại, thí nghiệm của Davisson và Germer đã xác minh bằng thực nghiệm bản chất sóng-hạt kép của electron.
Hạn chế
Mô hình nguyên tử de Broglie không dự đoán được vị trí chính xác của electron trên quỹ đạo mà nó di chuyển.
Trong mô hình này, các electron được coi là sóng di chuyển khắp quỹ đạo mà không có vị trí cụ thể, từ đó đưa ra khái niệm quỹ đạo điện tử.
Hơn nữa, mô hình nguyên tử de Broglie, tương tự như mô hình Schrödinger, không xem xét sự quay của các electron về cùng một trục (spin) của chúng.
Bằng cách bỏ qua mômen động lượng nội tại của các electron, các biến thể trong không gian của các hạt hạ nguyên tử này đang bị bỏ qua.
Tương tự, mô hình này cũng không tính đến những thay đổi trong hành vi của các electron nhanh như là hệ quả của các hiệu ứng tương đối tính.
Các bài báo quan tâm
Mô hình nguyên tử của Schrödinger.
Mô hình nguyên tử của Chadwick.
Mô hình nguyên tử Heisenberg.
Mô hình nguyên tử của Perrin.
Mô hình nguyên tử của Thomson.
Mô hình nguyên tử của Dalton.
Mô hình nguyên tử Dirac Jordan.
Mô hình nguyên tử của Democritus.
Mô hình nguyên tử của Bohr.
Người giới thiệu
- Lý thuyết lượng tử của Bohr và sóng De Broglie (nd). Được khôi phục từ: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Tiểu sử (1929). © Quỹ Nobel. Được khôi phục từ: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Đã khôi phục từ: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Được khôi phục từ: britannica.com
- Mô hình nguyên tử của De Broglie. Đại học Quốc gia Đào tạo Từ xa. Tây Ban Nha. Đã khôi phục từ: ocw.innova.uned.es
- Waves Of Matter của Louis De Broglie (nd). Phục hồi từ: hiru.eus
- Von Pamel, O. và Marchisio, S. (nd). Cơ lượng tử. Đại học Quốc gia Rosario. Được khôi phục từ: fceia.unr.edu.ar