Sommerfeld Atommodelleigenschaften, Postulate, Vorteile und Nachteile

Er Sommerfeld Atommodell Es wurde zwischen 1915 und 1916 vom deutschen Physiker Arnold Sommerfeld geschaffen, um die Tatsachen zu erklären, die das Bohr -Modell, das kurz zuvor 1913 veröffentlicht wurde. Sommerfeld präsentierte seine Ergebnisse zuerst der Bayern -Akademie der Wissenschaften und veröffentlichte sie dann im Annalen der Physik Magazine.

Das von dem dänischen Physiker Niels Bohr beschriebene Atommodell beschreibt.

Abbildung 1. In semi-klassischen Modellen sind Bahnen Newtonianer, aber nur diejenigen, deren Umfang eine ganze Zahl ist, wenn die Broglie-Wellenlänge zulässig ist. Quelle: f. Zapata.

In der von Bohr vorgeschlagenen Theorie kann das Elektron, das um den Kern umkreist.

Bohr war auch der Ansicht, dass diese Umlaufbahnen kreisförmig und eine einzelne Quantenzahl genannt wurden Hauptquantenzahl n = 1, 2, 3 ... diente dazu, die zulässigen Umlaufbahnen zu identifizieren.

Die erste Modifikation, die von Sommerfeld zum Bohr -Modell eingeführt wurde.

Ein Umfang wird durch seinen Radius beschrieben, aber für eine Ellipse müssen Sie neben der räumlichen Orientierung derselben zwei Parameter geben: Semi -Senije und Minor -Halb -Semi. Damit stellte er zwei weitere Quantenzahlen ein.

Die zweite Hauptmodifikation, die Sommerfeld vorgenommen hat. Es gibt nichts schnelleres als das Licht, aber Sommerfeld hatte Elektronen mit merkwürdiger Geschwindigkeiten gefunden, weshalb es notwendig war, die relativistischen Effekte in eine Beschreibung des Atoms einzubeziehen.

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Postulate des Sommerfeld -Atommodells

Elektronen folgen kreisförmige und elliptische Umlaufbahnen

Elektronen im Atom folgen der elliptischen Umlaufbahn (kreisförmige Umlaufbahnen sind ein bestimmter Fall) und ihr Energiestatus kann durch 3 Quantenzahlen charakterisiert werden: die Hauptquantennummer N, Die sekundäre Quantenzahl oder azimutale Zahl l und die magnetische Quantenzahl M_L.

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Im Gegensatz zum Umfang hat eine Ellipse ein größeres Halb.

Aber Ellipsen mit der gleichen wichtigen Semi -Achse können je nach Exzentrizität unterschiedliche kleinere halbe SEMI haben. Eine Exzentrizität von 0 entspricht einem Kreis, daher schließt sie keine kreisförmigen Trajektorien aus. Darüber hinaus können Ellipsen in Weltraum unterschiedliche Neigungen aufweisen.

Deshalb hat Sommerfeld seinem Modell die sekundäre Quantenzahl L hinzugefügt, um die kleine Hälfte und die magnetische Quantenzahl m anzuzeigen_L. So wies er darauf hin, was die zulässigen räumlichen Orientierungen der elliptischen Umlaufbahn sind.

Figur 2. Die Umlaufbahnen, die dem Energieniveau n = 5 entsprechen. Quelle: Wikimedia Commons.

Beachten Sie, dass es keine neuen Hauptquantenzahlen hinzufügt. Daher gibt es keine neuen Energiewerte, sondern eine Entfaltung der durch Zahl n angegebenen Werte.

Zeeman -Effekt und starker Effekt

Auf diese Weise ist es möglich, eine bestimmte Umlaufbahn vollständig anzugeben, dank der 3 genannten Quantenzahlen und so die Existenz von zwei Effekten: den Zeeman -Effekt und der starke Effekt.

Und erklärt so die Entfaltung von Energie, die im normalen Zeeman -Effekt auftritt (es gibt auch einen anomalen Zeeman -Effekt), bei dem eine Spektrallinie in mehreren Komponenten unterteilt ist, wenn sie in Gegenwart eines Magnetfelds ist.

Diese Entfaltung der Linien erfolgt auch in Gegenwart eines elektrischen Feldes, das als starker Effekt bekannt ist, was dazu führte.

Der Atomkern und die Elektronen bewegen sich um sein Massenzentrum

Nachdem Ernest Rutherford den Atomkern entdeckt hatte und dass die Tatsache, dass sich fast die gesamte Masse des Atoms dort konzentriert, glaubten Wissenschaftler, dass der Kern mehr oder weniger stationär war.

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Sommerfeld postulierte jedoch, dass sich sowohl der Kern als auch die Elektronen im Umlaufbahn um die Massenzentrale des Systems bewegen, was natürlich sehr nahe am Kern liegt. Sein Modell verwendet die reduzierte Masse des Elektronen -Nucleus -Systems anstelle der Elektronenmasse.

In elliptischen Umlaufbahnen, wie bei den Planeten um die Sonne, gibt es Zeiten, in denen das Elektron näher ist, und in anderen weiter vom Kern entfernt. Daher ist seine Geschwindigkeit an jedem Punkt seiner Umlaufbahn unterschiedlich.

Figur 3.- Arnold Sommerfeld. Quelle: Wikimedia Commons. Gfhund [cc von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]].

Elektronen können relativistische Geschwindigkeiten erreichen

Sommerfeld in sein Modell die Konstante der Feinstruktur eingeführt, eine Konstante ohne Abmessungen im Zusammenhang mit elektromagnetischer Kraft:

α = 1/137.0359895

Es ist definiert als der Quotient zwischen der Elektronenlast Und Ich quadratisch hoch und das Produkt zwischen Plancks Konstante H und die Lichtgeschwindigkeit C In einem Vakuum, alle multipliziert mit 2π:

α = 2π (e²/H.c) = 1/137.0359895

Die Feinstrukturkonstante bezieht sich auf drei der wichtigsten Konstanten der Atomphysik. Der andere ist die Masse des Elektrons, die hier nicht erscheint.

Auf diese Weise ist es mit den Elektronen mit den Photonen verbunden (die sich mit Geschwindigkeit C im Hohlraum bewegen) und erklären so die Abweichungen einiger Spektrallinien des Wasserstoffatoms der Vorhersagen durch das BOHR -Modell.

Dank relativistischer Korrekturen, Energieniveaus mit gleich N Aber anders l Sie trennen sich und führen zu der feinen Strukturstruktur, von dort aus dem Namen der Konstanten α.

Und alle charakteristischen Längen des Atoms können in Bezug auf diese Konstante ausgedrückt werden.

Figur 4. Die Quantisierung des Winkelimpulses l ist gezeigt. Im Gegensatz zu kreisförmigen Umlaufbahnen elliptisch. Quelle: f. Zapata.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

-Sommerfeld zeigte, dass eine einzelne Quantenzahl nicht ausreichte, um die Spektrallinien des Wasserstoffatoms zu erklären.

-Es war das erste Modell, das eine räumliche Quantisierung vorschlug, da die Projektionen der Umlaufbahnen in Richtung des elektromagnetischen Feldes tatsächlich quantisiert sind.

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-Das Sommerfeld -Modell erklärte zufriedenstellend, dass sich Elektronen mit derselben Hauptquantenzahl N in ihrem Energiezustand unterscheiden, da sie unterschiedliche Quantenzahlen l und m haben können_L.

-Führte die Konstante α ein, um die feine Struktur des Atomspektrums zu entwickeln und den Zeeman -Effekt zu erklären.

-Es umfasste die relativistischen Effekte, da sich Elektronen mit Geschwindigkeiten in der Nähe des Lichts bewegen können.

Nachteile

-Sein Modell war nur auf Atome mit Elektron und in vielerlei Hinsicht auf Atome von alkalischen Metallen wie Li anwendbar²⁺, Aber es ist nicht nützlich im Helium -Atom, das zwei Elektronen hat.

-Erklärte die elektronische Verteilung im Atom nicht.

-Das Modell, das die Energien der zulässigen Zustände und die Frequenzen der Strahlung in den Übergängen zwischen Zuständen berechnen oder absorbiert hat, ohne Informationen über die Zeiten dieser Übergänge zu geben.

-Jetzt ist bekannt, dass Elektronen nicht Trajektorien mit vorgegebenen Formen als Umlaufbahnen folgen, sondern dass sie besetzen Orbitale, Space -Regionen, die Schrodinger -Gleichungslösungen entsprechen.

-Das Modell kombiniert klassische Aspekte willkürlich mit Quantenaspekten.

-Er konnte keinen anomalen Zeeman -Effekt erklären, denn dies wird vom Dirac -Modell benötigt, das später eine weitere Quantenzahl hinzugefügt hat.

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Verweise

1. Brackart. Sommerfeld -Atommodell und seine Nachteile. Erholt von: Brainkart.com.
2. Wie wir den Kosmos kennengelernt haben: Licht und Materie. Sommerfelds Atom. Abgerufen von: Tastargarden.CO.Vereinigtes Königreich
3. Parker, p. Das Bohr-Sommerfeld-Atom. Wiederhergestellt von: Physnet.Org
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5. Wikipedia. Sommerfeld Atommodell. Geborgen von: ist.Wikipedia, org.