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ゾンマーフェルトの原子モデル、仮定と限界
の ゾンマーフェルトの原子モデル はボーア模型の改良版で、電子の振る舞いは原子内の異なるエネルギー準位の存在によって説明される。 Arnold Sommerfeldは1916年にアインシュタインの相対性理論を適用してこのモデルの限界を説明した彼の提案を発表した。.
優れたドイツの物理学者は、原子によっては電子が光速に近い速度に達することを発見した。これを考慮して、彼は彼の分析を相対論的理論に基づかせることを選んだ。そのときまでに相対論はまだ科学界で受け入れられていなかったので、この決定は当時物議をかもしていた。.
このようにして、Sommerfeldは当時の科学的指針に挑戦し、原子モデリングに対して異なるアプローチを取りました.
索引
- 1特徴
- 1.1ボーア原子モデルの限界
- 1.2ゾンマーフェルトの貢献
- 2実験
- 3仮説
- 3.1主量子数 "n"
- 3.2二次量子数 "I"
- 4制限
- 5参考文献
特徴
ボーア原子模型の限界
Sommerfeldの原子モデルは、ボーア原子モデルの欠陥を完全にするために登場しました。このモデルの命題は、大まかに言って、次のとおりです。
- 電子は、エネルギーを放射することなく、核の周りの円軌道を描く.
- すべての軌道が可能ではなかった。電子の角運動量が特定の特性を満たす軌道のみが有効になります。粒子の角運動量は、回転の中心を基準としたすべての大きさ（速度、質量、および距離）の概算に依存することは注目に値します。.
- 電子がある軌道から別の軌道に降下するときに放出されるエネルギーは、光エネルギー（光子）の形で放出されます。.
ボーアの原子モデルは水素原子の振る舞いを完全に記述していたが、その仮定は他のタイプの元素に複製できなかった.
水素以外の元素の原子から得られたスペクトルを分析するとき、同じエネルギーレベルに位置する電子は異なるエネルギーを含み得ることが検出された。.
したがって、モデルの各基底は古典物理学の観点から反論可能であった。以下のリストでは、以前の番号付けに従って、モデルと矛盾する理論を詳しく説明しています。
- マクスウェルの電磁法則によると、一定の加速度を受けたすべての電荷は電磁放射の形でエネルギーを放出します.
- 古典物理学の立場を考えれば、電子が原子核からどの距離でも自由に周回できないことは考えられませんでした。.
- それまでには、科学界は光の波動性について確信を持っており、それ自体を粒子として表現するという考えはそれまで考えられていませんでした。.
ゾンマーフェルトの投稿
Arnold Sommerfeldは、電子間のエネルギー差は、たとえ同じエネルギーレベルにあったとしても、各レベル内にエネルギー準位が存在するためであると結論付けました。.
Sommerfeldは、クーロンの法則に基づいて、電子が距離の2乗に反比例する力を受ける場合、記述された経路は楕円形で厳密に円形ではないと述べました。.
さらに、アインシュタインの相対性理論に基づいて、電子に異なる処理を与え、これらの基本粒子が到達する速度に基づいてそれらの挙動を評価しました。.
実験
原子論の分析のための高解像度分光器の使用は、ニールスボーアが検出しなかった、そして彼によって提案されたモデルが解を提供しなかった非常に細かいスペクトル線の存在を明らかにしました。.
この観点から、Sommerfeldは、当時までに次世代の電子顕微鏡を使用することによって、その電磁スペクトルにおける光分解の実験を繰り返しました。.
彼の調査から、Sommerfeldは、電子の静止軌道に含まれるエネルギーは、その軌道を表す楕円の半軸の長さに依存すると推論しました。.
この依存関係は、楕円の長軸の長さと長軸の長さの間に存在する商によって与えられ、その値は相対的です。.
したがって、電子があるエネルギー準位から別のより低いエネルギー準位に変化するとき、楕円の半主軸の長さに応じて異なる軌道が可能になり得る。.
さらに、Sommerfeldはスペクトル線が広がっていることも観察しました。科学者はこの現象のせいであると説明したのは、これらは楕円形でも円形でもよいから、軌道の多様性である.
このように、Sommerfeldは、分光器で分析を行うときになぜ細いスペクトル線が評価されたのかを説明しました.
仮説
ボーアのモデルの欠点を説明するためにクーロンの法則と相対性理論を適用した数ヶ月の研究の後、1916年にソマーフェルトは言及されたモデルに2つの基本的な修正を発表した。
- 電子の軌道は円形または楕円形であり得る.
- 電子は相対論的速度に達する。つまり、光速に近い値.
Sommerfeldは、各原子の軌道角運動量と軌道の形状を記述できるようにする2つの量子変数を定義しました。これらは以下のとおりです。
主量子数 "n"
電子によって記述される楕円の半主軸を量子化する.
二次量子数 "I"
電子によって記述された楕円の副半微分を量子化する.
方位角量子数としても知られるこの最後の値は、文字「Ｉ」で示され、０からｎ − １の範囲の値を取得する。ここで、ｎは原子の主量子数である。.
方位角量子数の値に応じて、ゾンマーフェルトは以下に詳述するように、軌道に対して異なる宗派を割り当てた。
- l = 0→S軌道.
- l = 1→主軌道軌道p.
- l = 2→散漫軌道d.
- I = 3→基本軌道軌道f.
さらに、ゾンマーフェルトは原子の核が静的ではないことを示した。彼が提案したモデルによると、原子核と電子の両方が原子の質量中心の周りを移動します。.
制限事項
ゾンマーフェルトの原子モデルの主な不備は以下の通りです。
- 角運動量が速度と運動半径の積の積として量子化されるという仮定は誤りです。角運動量は電子波の性質に依存します.
- このモデルは、ある軌道から別の軌道への電子のジャンプを引き起こすものを特定していないし、安定軌道間での電子の遷移中のシステムの振る舞いを記述することもできません。.
- モデルの概念の下では、分光放射周波数の強度を知ることは不可能です.
参考文献
- Bathia、L.（2017）。ゾンマーフェルト原子模型から取得しました：chemistryonline.guru.
- Sommerfeldがどのようにボーア理論を拡張したかを詳しく説明してください（s.f.）。取得元：thebigger.com
- メンデス、A.（2010）。ゾンマーフェルトの原子模型取得元：quimica.laguia2000.com
- ボーアゾンマーフェルト（s.f.）の原子モデルIESマグダレーナ。スペイン、アビレス。取得元：fisquiweb.es
- Ｐａｒｋｅｒ、Ｐ。（２００１）。原子のボーア - ゾンマーフェルト模型プロジェクトフィジネット。ミシガン州立大学。米国ミシガン州取得元：physnet.org