de Broglie แบบจำลองอะตอมถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสหลุยส์ Broglie ในปี 1924 ในวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาถูกกล่าวหา Broglie เป็นคู่คลื่นอนุภาคของอิเล็กตรอน, การวางรากฐานของกลศาสตร์คลื่น Broglie ตีพิมพ์ผลการวิจัยทางทฤษฎีที่สำคัญเกี่ยวกับลักษณะของคลื่นและอนุภาคของสสารในระดับอะตอม
ต่อมาคำกล่าวของ de Broglie ได้รับการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ Clinton Davisson และ Lester Germer ในปี 1927 ทฤษฎีคลื่นอิเล็กตรอนของ De Broglie มีพื้นฐานมาจากข้อเสนอของ Einstein เกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นของแสงที่ความยาวคลื่นสั้น
Broglie ประกาศความเป็นไปได้ที่สสารมีพฤติกรรมคล้ายกับแสงและแนะนำคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันในอนุภาคย่อยเช่นอิเล็กตรอน
ประจุไฟฟ้าและวงโคจร จำกัด แอมพลิจูดความยาวและความถี่ของคลื่นที่อิเล็กตรอนอธิบายไว้ Broglie อธิบายการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอม
ลักษณะของแบบจำลองอะตอม de Broglie
ในการพัฒนาข้อเสนอของเขา Broglie เริ่มต้นจากหลักการที่ว่าอิเล็กตรอนมีลักษณะคู่ระหว่างคลื่นและอนุภาคคล้ายกับแสง
ในแง่นี้ Broglie ได้สร้างความคล้ายคลึงกันระหว่างปรากฏการณ์ทั้งสองและจากสมการที่ไอน์สไตน์พัฒนาขึ้นเพื่อการศึกษาธรรมชาติของคลื่นของแสงเขาระบุสิ่งต่อไปนี้:
- พลังงานรวมของโฟตอนและดังนั้นพลังงานทั้งหมดของอิเล็กตรอนผลจากผลิตภัณฑ์ของคลื่นความถี่และแพลงค์อย่างต่อเนื่อง (6.62606957 (29) × 10 -34จูลส์ x วินาที) ดังที่แสดง รายละเอียดในนิพจน์ต่อไปนี้:
ในนิพจน์นี้:
E = พลังงานของอิเล็กตรอน
h = ค่าคงที่ของไม้กระดาน
f = ความถี่ของคลื่น
- โมเมนตัมเชิงเส้นของโฟตอนดังนั้นของอิเล็กตรอนจึงแปรผกผันกับความยาวคลื่นและขนาดทั้งสองมีความสัมพันธ์กันผ่านค่าคงที่ของไม้กระดาน:
ในนิพจน์นี้:
p = โมเมนตัมของอิเล็กตรอน
h = ค่าคงที่ของไม้กระดาน
λ = ความยาวคลื่น
- โมเมนตัมเชิงเส้นคือผลคูณของมวลของอนุภาคและความเร็วที่อนุภาคมีระหว่างการกระจัด
หากนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ข้างต้นได้รับการปรับโครงสร้างให้เป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นเรามีสิ่งต่อไปนี้:
ในนิพจน์นี้:
λ = ความยาวคลื่น
h = ค่าคงที่ของไม้กระดาน
m = มวลของอิเล็กตรอน
v = ความเร็วของอิเล็กตรอน
เนื่องจาก h ค่าคงที่ของ Plank มีค่าน้อยความยาวคลื่นจึงเท่ากับλ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะระบุว่าคุณสมบัติของคลื่นของอิเล็กตรอนนั้นเกิดขึ้นในระดับอะตอมและระดับย่อยของอะตอมเท่านั้น
- Broglie ยังอิงตามสมมติฐานของแบบจำลองอะตอมของ Bohr ตามลำดับหลังวงโคจรของอิเล็กตรอนมี จำกัด และสามารถทวีคูณของจำนวนเต็มเท่านั้น ดังนั้น:
ที่ไหน:
λ = ความยาวคลื่น
h = ค่าคงที่ของไม้กระดาน
m = มวลของอิเล็กตรอน
v = ความเร็วของอิเล็กตรอน
r = รัศมีของวงโคจร
n = จำนวนเต็ม
ตามแบบจำลองอะตอมของ Bohr ซึ่ง Broglie นำมาใช้เป็นพื้นฐานหากอิเล็กตรอนมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นนิ่งวงโคจรเดียวที่อนุญาตคือวงโคจรที่มีรัศมีเท่ากับจำนวนเต็มผลคูณของความยาวคลื่นλ
ดังนั้นวงโคจรบางวงจึงไม่ตรงตามพารามิเตอร์ที่จำเป็นเพื่อให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านได้ นี่คือสาเหตุที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้เฉพาะวงโคจรที่เจาะจงเท่านั้น
ทฤษฎีคลื่นอิเล็กตรอนของเดอบรอกลีแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จของแบบจำลองอะตอมของบอร์ในการอธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเดี่ยวของอะตอมไฮโดรเจน
ในทำนองเดียวกันมันยังให้ความกระจ่างว่าเหตุใดแบบจำลองนี้จึงไม่เหมาะกับระบบที่ซับซ้อนกว่านั่นคืออะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัว
การทดลอง Davisson และ Germer
การตรวจสอบการทดลองของแบบจำลองอะตอมของ de Broglie เกิดขึ้น 3 ปีหลังจากการตีพิมพ์ในปีพ. ศ. 2470
คลินตันเจ. เดวิสสันและเลสเตอร์เกอร์เมอร์นักฟิสิกส์ชั้นนำชาวอเมริกันได้ทำการทดลองยืนยันทฤษฎีกลศาสตร์คลื่น
Davisson และ Germer ทำการทดสอบการกระเจิงของลำแสงอิเล็กตรอนผ่านผลึกนิกเกิลและสังเกตปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนผ่านตัวกลางที่เป็นโลหะ
การทดลองดำเนินการประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:
- ในกรณีแรกมีการจัดวางชุดประกอบลำแสงอิเล็กตรอนที่มีพลังงานเริ่มต้นที่ทราบ
- มีการติดตั้งแหล่งจ่ายแรงดันเพื่อเร่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโดยกระตุ้นให้เกิดความต่างศักย์
- การไหลของลำแสงอิเล็กตรอนพุ่งไปยังผลึกโลหะ ในกรณีนี้นิกเกิล
- วัดจำนวนอิเล็กตรอนที่กระทบกับผลึกนิกเกิล
ในตอนท้ายของการทดลอง Davisson และ Germer ตรวจพบว่าอิเล็กตรอนกระจัดกระจายไปคนละทิศทาง
โดยการทดลองซ้ำโดยใช้ผลึกโลหะที่มีทิศทางต่างกันนักวิทยาศาสตร์ตรวจพบสิ่งต่อไปนี้:
- การกระเจิงของลำแสงอิเล็กตรอนผ่านผลึกโลหะเทียบได้กับปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนของรังสีแสง
- การสะท้อนของอิเล็กตรอนบนผลึกตกกระทบอธิบายวิถีที่ตามทฤษฎีแล้วควรอธิบายตามทฤษฎีคลื่นอิเล็กตรอนของเดอบร็อกลี
ในระยะสั้นการทดลอง Davisson และ Germer ได้ทำการทดลองเพื่อตรวจสอบลักษณะอนุภาคคลื่นคู่ของอิเล็กตรอน
ข้อ จำกัด
แบบจำลองอะตอมของ de Broglie ไม่ได้ทำนายตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนบนวงโคจรที่มันเดินทาง
ในแบบจำลองนี้อิเล็กตรอนถูกมองว่าเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ วงโคจรโดยไม่มีตำแหน่งเฉพาะดังนั้นจึงนำแนวคิดของออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์มาใช้
นอกจากนี้แบบจำลองอะตอมของ de Broglie ซึ่งคล้ายคลึงกับแบบจำลองSchrödingerไม่ได้พิจารณาการหมุนของอิเล็กตรอนในแกนเดียวกัน (สปิน)
โดยการมองข้ามโมเมนตัมเชิงมุมที่แท้จริงของอิเล็กตรอนการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของอนุภาคย่อยเหล่านี้จะถูกละเลย
ในหลอดเลือดดำเดียวกันแบบจำลองนี้ยังไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่รวดเร็วอันเป็นผลมาจากผลเชิงสัมพัทธภาพ
บทความที่น่าสนใจ
แบบจำลองอะตอมของSchrödinger
แบบจำลองอะตอมของ Chadwick
แบบจำลองอะตอมไฮเซนเบิร์ก
แบบจำลองอะตอมของ Perrin
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
แบบจำลองอะตอมของดาลตัน
แบบจำลองอะตอมของ Dirac Jordan
แบบจำลองอะตอมของ Democritus
แบบจำลองอะตอมของบอร์
อ้างอิง
- ทฤษฎีควอนตัมของ Bohr และ De Broglie Waves (nd) ดึงมาจาก: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - ชีวประวัติ (2472) ©มูลนิธิโนเบล สืบค้นจาก: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd) กู้คืนจาก: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie สารานุกรมบริแทนนิกาอิงค์สืบค้นจาก: britannica.com
- แบบจำลองอะตอมของ De Broglie มหาวิทยาลัยการศึกษาทางไกลแห่งชาติ สเปน. ดึงมาจาก: ocw.innova.uned.es
- คลื่นของสสารโดย Louis De Broglie (nd) กู้คืนจาก: hiru.eus
- Von Pamel, O. และ Marchisio, S. (nd) กลศาสตร์ควอนตัม มหาวิทยาลัยแห่งชาติโรซาริโอ ดึงมาจาก: fceia.unr.edu.ar