SOMMERFELD'IN ATOM MODELI: ÖZELLIKLER, VARSAYIMLAR, AVANTAJLAR VE DEZAVANTAJLAR - KIMYA - 2025

Sommerfeld atom modeli 1915 ve 1916 arasında Alman fizikçi Arnold Sommerfeld tarafından yaratıldı, 1913 yılında daha önce yayımlanan Bohr modeli, tatmin edici açıklayamadığı gerçekleri açıklamak. Sommerfeld sonuçlarını önce Bavyera Bilimler Akademisi'ne sundu ve daha sonra bunları Annalen der Physik dergisinde yayınladı.

Danimarkalı fizikçi Niels Bohr tarafından önerilen atom modeli, en basit atom olan hidrojeni tanımlıyor, ancak aynı enerji durumundaki elektronların neden elektromanyetik alanların varlığında farklı enerji seviyeleri gösterebileceğini açıklayamıyor.

Şekil 1. Yarı klasik modellerde yörüngeler Newton şeklindedir, ancak yalnızca çevresi de Broglie dalgaboyunun tamsayı sayısı olanlara izin verilir. Kaynak: F. Zapata.

Bohr tarafından önerilen teoride, çekirdeğin yörüngesinde dönen elektron, yörünge açısal momentumunun L sadece belirli değerlerine sahip olabilir ve bu nedenle herhangi bir yörüngede olamaz.

Bohr ayrıca bu yörüngelerin dairesel olduğunu ve temel kuantum numarası n = 1, 2, 3… olarak adlandırılan tek bir kuantum sayısının izin verilen yörüngeleri tanımlamaya hizmet ettiğini düşünüyordu.

Sommerfeld'in Bohr modeline yaptığı ilk değişiklik, elektronun yörüngesinin de eliptik olabileceğini varsaymaktı.

Bir çevre, yarıçapı ile tanımlanır, ancak bir elips için iki parametre verilmelidir: uzamsal oryantasyonuna ek olarak yarı büyük eksen ve yarı küçük eksen. Bununla iki tane daha kuantum sayı tanıttı.

Sommerfeld'in yaptığı ikinci büyük değişiklik, atom modeline göreceli etkiler eklemekti. Hiçbir şey ışıktan hızlı değildir, ancak Sommerfeld oldukça yakın hızlara sahip elektronlar bulmuştu, bu nedenle atomun herhangi bir tanımına göreceli etkileri dahil etmek gerekiyordu.

Sommerfeld atom modeli varsayımları

Elektronlar dairesel ve eliptik yörüngeleri takip eder

Atomdaki elektronlar eliptik yörüngeleri takip eder (dairesel yörüngeler özel bir durumdur) ve enerji durumları 3 kuantum sayısıyla karakterize edilebilir: ana kuantum numarası n , ikincil kuantum numarası veya azimut sayısı l ve manyetik kuantum numarası m _L .

Çevrenin aksine, bir elipsin bir yarı büyük ekseni ve bir yarı küçük ekseni vardır.

Ancak aynı yarı büyük eksene sahip elipsler, eksantriklik derecesine bağlı olarak farklı yarı küçük eksenlere sahip olabilir. 0'a eşit bir eksantriklik bir daireye karşılık gelir, dolayısıyla dairesel yolları ekarte etmez. Dahası, uzaydaki elipslerin farklı eğimleri olabilir.

Bu nedenle Sommerfeld, küçük ekseni ve manyetik kuantum numarasını m _L belirtmek için model numarasına kuantum ikincil l'yi ekledi . Böylece, eliptik yörüngenin izin verilen uzaysal yönelimlerinin neler olduğunu gösterdi.

Şekil 2. n = 5 enerji seviyesine karşılık gelen yörüngeler, tam de Broglie dalga boylarına sahip olan açısal momentum l'nin farklı değerleri için gösterilmiştir. Kaynak: wikimedia commons.

Yeni temel kuantum sayılarını eklemediğine dikkat edin, bu nedenle eliptik yörüngedeki elektronun toplam enerjisi Bohr modelindekiyle aynıdır. Bu nedenle, yeni enerji seviyeleri yoktur, ancak n sayısı ile verilen seviyelerin iki katıdır.

Zeeman etkisi ve Stark etkisi

Bu şekilde, belirtilen 3 kuantum sayısı sayesinde belirli bir yörüngeyi tam olarak belirlemek ve böylece iki etkinin varlığını açıklamak mümkündür: Zeeman etkisi ve Stark etkisi.

Ve böylece, spektral bir çizginin bir manyetik alan varlığında birkaç bileşene bölündüğü normal Zeeman etkisinde (anormal bir Zeeman etkisi de vardır) ortaya çıkan enerjinin ikiye katlanmasını açıklıyor.

Çizgilerin bu ikiye katlanması, Sommerfeld'i bu etkileri açıklamak için Bohr modelini değiştirmeyi düşünmeye sevk eden Stark etkisi olarak bilinen bir elektrik alanının varlığında da meydana geldi.

Atom çekirdeği ve elektronlar, kütle merkezleri etrafında hareket eder

Ernest Rutherford atom çekirdeğini keşfettikten ve atomun neredeyse tüm kütlesinin burada yoğunlaştığı ortaya çıktıktan sonra, bilim adamları çekirdeğin aşağı yukarı sabit olduğuna inanıyorlardı.

Ancak Sommerfeld, hem çekirdeğin hem de yörüngedeki elektronların sistemin kütle merkezi etrafında hareket ettiğini ve tabii ki çekirdeğe çok yakın olduğunu varsaydı. Onun modeli, elektronun kütlesinden ziyade elektron-çekirdek sisteminin azaltılmış kütlesini kullanır.

Eliptik yörüngelerde, Güneş'in etrafındaki gezegenlerde olduğu gibi, elektronun daha yakın ve diğer zamanlarda çekirdekten daha uzak olduğu zamanlar vardır. Bu nedenle, yörüngesindeki her noktada hızı farklıdır.

Şekil 3. - Arnold Sommerfeld. Kaynak: Wikimedia Commons. GFHund.

Elektronlar göreceli hızlara ulaşabilir

Sommerfeld, modeline elektromanyetik kuvvetle ilgili boyutsuz bir sabit olan ince yapı sabitini tanıttı:

α = 1 / 137.0359895

Elektron yükü e kare ile Planck sabiti h ve ışık hızı c'nin bir vakumda çarpımı 2π ile çarpılan bölüm olarak tanımlanır:

α = 2π (e ² / hc) = 1 / 137.0359895

İnce yapı sabiti, atom fiziğindeki en önemli üç sabitle ilgilidir. Diğeri, burada listelenmeyen elektronun kütlesidir.

Bu şekilde elektronlar fotonlarla (vakumda c hızında hareket eder) bağlanır ve böylece hidrojen atomunun bazı spektral çizgilerinin Bohr modeli tarafından tahmin edilenlerden sapmalarını açıklar.

Relativistik düzeltmeler sayesinde, eşit n fakat farklı l olan enerji seviyeleri ayrılır ve spektrumun ince yapısına, dolayısıyla α sabitinin ismine yol açar.

Ve atomun tüm karakteristik uzunlukları bu sabit ile ifade edilebilir.

Şekil 4. Açısal momentum L'nin kuantizasyonu gösterilmiştir Dairesel yörüngelerin aksine, eliptikler her enerji seviyesi için birden fazla L değerine izin verir. Kaynak: F. Zapata.

Avantajlar ve dezavantajlar

avantaj

-Sommerfeld, hidrojen atomunun spektral çizgilerini açıklamada tek bir kuantum sayısının yetersiz olduğunu gösterdi.

-Elektromanyetik alan yönündeki yörüngelerin izdüşümleri gerçekte nicemlendiğinden, uzamsal nicemlemeyi öneren ilk modeldi.

-The Sommerfeld modeli başarıyla aynı temel kuantum sayısı ile bu elektronları açıklandığı n farklı kuantum sayıları l olabileceği için, enerji halde farklıdır ve m, _L .

-Atomik spektrumun ince yapısını geliştirmek ve Zeeman etkisini açıklamak için α sabitini tanıttı.

-Elektronlar ışığın hızına oldukça yakın hızlarda hareket edebildiğinden, göreli etkiler dahil.

Dezavantajları

-Modeliniz yalnızca bir elektronlu atomlara ve birçok açıdan Li ²⁺ gibi alkali metal atomlarına uygulanabilir ancak iki elektrona sahip olan helyum atomunda kullanışlı değildir.

-Atomdaki elektronik dağılımı açıklamadı.

-Model, izin verilen durumların enerjilerinin ve durumlar arasındaki geçişlerde yayılan veya soğurulan radyasyonun frekanslarının, bu geçişlerin zamanları hakkında bilgi vermeden hesaplanmasına olanak sağladı.

-Şimdi elektronların yörüngeler gibi önceden belirlenmiş şekillerle yörüngeleri takip etmediği, bunun yerine yörüngeleri, Schrodinger denkleminin çözümlerine karşılık gelen uzay bölgelerini işgal ettiği bilinmektedir.

-Model keyfi olarak klasik yönleri kuantum yönleriyle birleştirdi.

-Anormal Zeeman etkisini açıklayamadı, bunun için Dirac modeline ihtiyaç var, daha sonra başka bir kuantum numarası ekledi.

İlgi makaleleri

Schrödinger'in atom modeli.

De Broglie atom modeli.

Chadwick'in atom modeli.

Heisenberg atom modeli.

Perrin'in atom modeli.

Thomson'ın atom modeli.

Dalton'un atom modeli.

Dirac Jordan atom modeli.

Demokritos'un atom modeli.

Bohr'un atom modeli.

Referanslar

1. Brainkart. Sommerfeld atom modeli ve sakıncaları. Brainkart.com'dan kurtarıldı.
2. Kozmosu Nasıl Tanıdık: Işık ve Madde. Sommerfeld'in atomu. Kurtarıldı: thestargarden.co.uk
3. Parker, P. Bohr-Sommerfeld Atom. Physnet.org adresinden kurtarıldı
4. Eğitim Köşesi. Sommerfeld'in modeli. Rinconeducativo.com adresinden kurtarıldı.
5. Vikipedi. Sommerfeld atom modeli. Kurtarılan: es.wikipedia, org.