MODEL ATOM SOMMERFELD: CIRI, POSTULAT, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - KIMIA - 2025

The model atom Sommerfeld telah dicipta oleh ahli fizik Jerman Arnold Sommerfeld antara tahun 1915 dan 1916, untuk menjelaskan fakta-fakta yang model Bohr, yang dikeluarkan sebelum ini pada tahun 1913, tidak dapat memuaskan menjelaskan. Sommerfeld pertama kali menyampaikan hasilnya ke Akademi Sains Bavaria dan kemudian menerbitkannya dalam jurnal Annalen der Physik.

Model atom yang dicadangkan oleh ahli fizik Denmark Niels Bohr, menggambarkan atom paling sederhana, hidrogen, tetapi tidak dapat menjelaskan mengapa elektron dalam keadaan tenaga yang sama dapat menunjukkan tahap tenaga yang berbeza dengan adanya medan elektromagnetik.

Gambar 1. Dalam model separa klasik, orbitnya adalah Newtonian, tetapi hanya mereka yang perimeternya adalah bilangan bulat bilangan panjang gelombang Broglie yang dibenarkan. Sumber: F. Zapata.

Dalam teori yang dikemukakan oleh Bohr, elektron yang mengorbit nukleus hanya dapat memiliki nilai tertentu dari momentum sudut orbitnya L, dan oleh itu tidak dapat berada di orbit mana pun.

Bohr juga menganggap orbit ini berbentuk bulat dan nombor kuantum tunggal yang disebut nombor kuantum utama n = 1, 2, 3… berfungsi untuk mengenal pasti orbit yang dibenarkan.

Pengubahsuaian pertama Sommerfeld pada model Bohr adalah dengan menganggap bahawa orbit elektron juga boleh berbentuk elips.

Lingkaran dijelaskan oleh jejarinya, tetapi untuk elips dua parameter harus diberikan: paksi separa utama dan paksi separa minor, selain orientasi spatialnya. Dengan ini dia memperkenalkan dua nombor kuantum lagi.

Pengubahsuaian utama kedua yang dibuat oleh Sommerfeld adalah menambahkan kesan relativistik pada model atom. Tidak ada yang lebih cepat daripada cahaya, namun Sommerfeld telah menemui elektron dengan kelajuan yang hampir dekat, oleh itu perlu untuk memasukkan kesan relativistik ke dalam sebarang keterangan mengenai atom.

Model atom Sommerfeld beralasan

Elektron mengikuti orbit bulat dan elips

Elektron dalam atom mengikuti orbit elips (orbit bulat adalah kes tertentu) dan keadaan tenaganya dapat dicirikan oleh 3 nombor kuantum: nombor kuantum utama n , nombor kuantum sekunder atau nombor azimuthal l dan nombor kuantum magnetik m _L .

Tidak seperti lilitan, elips mempunyai paksi separa utama dan paksi separa minor.

Tetapi elips dengan paksi separa utama boleh mempunyai paksi separa minor yang berbeza, bergantung pada tahap eksentrik. Eksentrisiti sama dengan 0 sepadan dengan bulatan, sehingga tidak mengesampingkan jalur bulat. Selanjutnya, elips di ruang angkasa boleh mempunyai kecenderungan yang berbeza.

Oleh itu Sommerfeld katanya kepada nombor model kuantum l menengah untuk menunjukkan paksi minor dan kuantum magnet nombor m _L . Oleh itu, dia menunjukkan apakah orientasi spasial yang dibenarkan dari orbit elips.

Rajah 2. Orbit yang sesuai dengan tahap tenaga n = 5 ditunjukkan untuk nilai momentum sudut l yang berlainan yang mempunyai panjang gelombang de Broglie penuh. Sumber: wikimedia commons.

Perhatikan bahawa ia tidak menambah nombor kuantum utama, jadi jumlah tenaga elektron dalam orbit elips sama seperti pada model Bohr. Oleh itu, tidak ada tahap tenaga baru, tetapi penggandaan tahap yang diberikan oleh nombor n.

Kesan Zeeman dan kesan Stark

Dengan cara ini adalah mungkin untuk menentukan sepenuhnya orbit yang diberikan, berkat 3 nombor kuantum yang disebutkan dan dengan demikian menjelaskan adanya dua kesan: kesan Zeeman dan kesan Stark.

Oleh itu, dia menerangkan penggandaan tenaga yang muncul dalam kesan Zeeman normal (terdapat juga kesan Zeeman yang tidak normal), di mana garis spektrum dibahagikan kepada beberapa komponen ketika berada di hadapan medan magnet.

Penggandaan garis ini juga berlaku di hadapan medan elektrik, yang dikenali sebagai kesan Stark, yang menyebabkan Sommerfeld berfikir tentang mengubah model Bohr untuk menjelaskan kesan ini.

Nukleus atom dan elektron bergerak di sekitar pusat jisimnya

Setelah Ernest Rutherford menemui nukleus atom dan fakta bahawa hampir semua jisim atom terkonsentrasi di sana terungkap, para saintis percaya bahawa nukleus lebih kurang pegun.

Namun, Sommerfeld mendalilkan bahawa kedua-dua inti dan elektron yang mengorbit bergerak di sekitar pusat jisim sistem, yang tentunya sangat dekat dengan nukleus. Modelnya menggunakan jisim elektron-nukleus yang dikurangkan, bukan jisim elektron.

Di orbit elips, seperti planet di sekitar Matahari, ada kalanya elektron lebih dekat, dan waktu lain lebih jauh dari nukleus. Oleh itu kelajuannya berbeza pada setiap titik di orbitnya.

Gambar 3.- Arnold Sommerfeld. Sumber: Wikimedia Commons. GFHund.

Elektron boleh mencapai kelajuan relativistik

Sommerfeld memperkenalkan modelnya pemalar struktur halus, pemalar tanpa dimensi yang berkaitan dengan daya elektromagnetik:

α = 1 /137.0359895

Ia didefinisikan sebagai hasil antara cas elektron dan kuasa dua, dan produk h pemalar Planck dan kelajuan cahaya c dalam vakum, semua dikalikan dengan 2π:

α = 2π (e ² / hc) = 1 / 137.0359895

Pemalar struktur halus berkaitan dengan tiga pemalar terpenting dalam fizik atom. Yang lain ialah jisim elektron, yang tidak disenaraikan di sini.

Dengan cara ini elektron dihubungkan dengan foton (bergerak pada kelajuan c dalam vakum), dan dengan demikian menjelaskan penyimpangan beberapa garis spektrum atom hidrogen dari yang diramalkan oleh model Bohr.

Terima kasih kepada pembetulan relativistik, tahap tenaga dengan n sama tetapi berlainan l dipisahkan, menimbulkan struktur spektrum halus, oleh itu nama pemalar α.

Dan semua panjang ciri atom dapat dinyatakan dalam bentuk pemalar ini.

Rajah 4. Pengukuran momentum sudut L. ditunjukkan. Tidak seperti orbit bulat, elips membenarkan lebih daripada satu nilai L untuk setiap tahap tenaga. Sumber: F. Zapata.

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan

-Sommerfeld menunjukkan bahawa bilangan kuantum tunggal tidak mencukupi untuk menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.

-Itu model pertama yang mengemukakan kuantisasi spasial, kerana unjuran orbit ke arah medan elektromagnetik, sebenarnya, dikuantisasi.

-The model Sommerfeld berjaya menjelaskan bahawa elektron dengan nombor kuantum utama yang sama n berbeza dalam keadaan tenaga mereka, kerana mereka boleh mempunyai nombor kuantum yang berbeza l dan m _L .

-Memperkenalkan pemalar α untuk mengembangkan struktur halus spektrum atom dan menerangkan kesan Zeeman.

-Kesan relativistik yang disertakan, kerana elektron dapat bergerak dengan kelajuan yang hampir dengan cahaya.

Kekurangan

Model anda hanya boleh digunakan untuk atom dengan satu elektron dan dalam banyak aspek untuk atom logam alkali seperti Li ²⁺ , tetapi ia tidak berguna pada atom helium, yang mempunyai dua elektron.

-Ia tidak menjelaskan pengedaran elektronik di atom.

-Model dibenarkan mengira tenaga dari keadaan yang dibenarkan dan frekuensi sinaran yang dipancarkan atau diserap dalam peralihan antara negeri, tanpa memberikan maklumat mengenai masa peralihan ini.

-Sekarang diketahui bahawa elektron tidak mengikuti lintasan dengan bentuk yang telah ditentukan seperti orbit, melainkan menduduki orbit, kawasan ruang yang sesuai dengan penyelesaian persamaan Schrodinger.

-Model sewenang-wenangnya menggabungkan aspek klasik dengan aspek kuantum.

-Dia gagal menjelaskan kesan Zeeman anomali, untuk ini diperlukan model Dirac, yang kemudian menambahkan nombor kuantum yang lain.

Artikel yang menarik

Model atom Schröderer.

Model atom De Broglie.

Model atom Chadwick.

Model atom Heisenberg.

Model atom Perrin.

Model atom Thomson.

Model atom Dalton.

Model atom Dirac Jordan.

Model atom Demokrat.

Model atom Bohr.

Rujukan

1. Brainkart. Model atom Sommerfeld dan kekurangannya. Dipulihkan dari: brainkart.com.
2. Bagaimana Kami Mengenal Kosmos: Cahaya & Perkara. Atom Sommerfeld. Dipulihkan dari: thestargarden.co.uk
3. Parker, P. The Bohr-Sommerfeld Atom. Dipulihkan dari: physnet.org
4. Sudut Pendidikan. Model Sommerfeld. Dipulihkan dari: rinconeducativo.com.
5. Wikipedia. Model atom Sommerfeld. Dipulihkan dari: es.wikipedia, org.