- Característiques de el model atòmic de Broglie
- Experiment de Davisson i Germer
- limitacions
- Articles d'interès
- referències
El model atòmic de Broglie va ser proposat pel físic francès Louis Broglie el 1924. En la seva tesi doctoral, Broglie ha afirmat la dualitat ona-partícula dels electrons, establint les bases de la mecànica ondulatòria. Broglie va publicar important troballes teòrics sobre la naturalesa ona-corpuscle de la matèria a escala atòmica.
Posteriorment els enunciats de Broglie van ser demostrats experimentalment pels científics Clinton Davisson i Lester Germer, el 1927. La teoria d'ona dels electrons de Broglie es fonamenta en la proposta d'Einstein sobre les propietats ondulatòries de la llum en longituds d'ona curtes.
Broglie va anunciar la possibilitat que la matèria tingués un comportament similar a el de la llum, i va suggerir propietats similars en partícules subatòmiques com els electrons.
Càrregues elèctriques i òrbites restringeixen l'amplitud, longitud i freqüència de l'ona descrita pels electrons. Broglie va explicar el moviment dels electrons al voltant de l'nucli atòmic.
Característiques de el model atòmic de Broglie
Per desenvolupar la seva proposta, Broglie va partir del principi que els electrons tenien una naturalesa dual entre ona i partícula, similar a la llum.
En aquest sentit, Broglie va realitzar un símil entre tots dos fenòmens, i amb base en les equacions desenvolupades per Einstein per a l'estudi de la naturalesa ondulatòria de la llum, va indicar el següent:
- L'energia total de l'fotó i, en conseqüència, l'energia total de l'electró, resulta del producte de la freqüència de l'ona i la constant de Plank (6,62606957 (29) × 10 -34 Jules x segons), tal com es detalla en la següent expressió:
En aquesta expressió:
E = energia de l'electró.
h = constant de Plank.
f = freqüència de l'ona.
- El moment lineal d'el fotó, i per tant, de l'electró, és inversament proporcional a la longitud de l'ona, i ambdues magnituds es relacionen a través de la constant de Plank:
En aquesta expressió:
p = moment lineal d'l'electró.
h = constant de Plank.
λ = longitud de l'ona.
- El moment lineal és el producte de la massa de la partícula per la velocitat que té aquesta partícula durant el seu desplaçament.
Si l'expressió matemàtica anterior es reestructura en funció de la longitud d'ona, es té el següent:
En aquesta expressió:
λ = longitud de l'ona.
h = constant de Plank.
m = massa de l'electró.
v = velocitat de l'electró.
Atès que h, la constant de Plank, té un valor petit, la longitud d'ona λ també ho és. En conseqüència, és factible enunciar que les propietats ondulatòries de l'electró es presenten únicament en nivells atòmics i subatòmics.
- Broglie també es base en els postulats de el model atòmic de Bohr. Segons aquest últim, les òrbites dels electrons són limitats i només poden ser múltiples de nombres enters. així:
on:
λ = longitud de l'ona.
h = constant de Plank.
m = massa de l'electró.
v = velocitat de l'electró.
r = radi de l'òrbita.
n = nombre enter.
Segons el model atòmic de Bohr, a el qual Broglie va adoptar com a base, si els electrons es comporten com ones estacionàries, les úniques òrbites permeses són aquelles el radi sigui igual a un múltiple sencer de la longitud d'ona λ.
Per tant, no totes les òrbites compleixen amb els paràmetres necessaris perquè un electró es mobilitzi a través d'aquestes. He allà el perquè de que els electrons només puguin desplaçar-se en òrbites específiques.
La teoria d'ona dels electrons de Broglie va justificar l'èxit de el model atòmic de Bohr per explicar el comportament de l'electró únic de l'àtom d'hidrogen.
Anàlogament, també va donar llums sobre per què aquest model no es va ajustar a sistemes més complexos, és a dir, àtoms amb més d'un electró.
Experiment de Davisson i Germer
La comprovació experimental d'el model atòmic de Broglie va tenir lloc 3 anys més tard de la publicació, en 1927.
Els destacats físics nord-americans Clinton J. Davisson i Lester Germer van confirmar de forma experimental la teoria de la mecànica ondulatòria.
Davisson i Germer van realitzar proves de dispersió d'un feix d'electrons a través d'un vidre de níquel i van observar el fenomen de difracció a través del mitjà metàl·lic.
L'experiment realitzat va consistir en dur a terme el següent procediment:
- En primera instància, es va col·locar un muntatge amb feix d'electrons que tenia una energia inicial coneguda.
- Es va instal·lar una font de voltatge per accelerar el moviment d'electrons incitant una diferència de potencial.
- Es va dirigir el flux de el feix d'electrons cap a un vidre metàl·lic; en aquest cas, níquel.
- Es va mesurar el nombre d'electrons que va impactar al vidre de níquel.
A l'acabar l'experimentació, Davisson i Germer van detectar que els electrons es dispersaven en diferents direccions.
A l'repetir l'experiment emprant vidres metàl·lics amb diferents orientacions, els científics van detectar el següent:
- La dispersió de el feix d'electrons a través del vidre metàl·lic era comparable amb el fenomen d'interferència i difracció dels raigs lluminosos.
- La reflexió dels electrons sobre el vidre d'impacte descrivia la trajectòria que, teòricament, havia de descriure segons la teoria d'ones d'electrons de Broglie.
En síntesi, l'experiment de Davisson i Germer va comprovar experimentalment la naturalesa dual ona-partícula dels electrons.
limitacions
El model atòmic de Broglie no prediu la ubicació exacta de l'electró sobre l'òrbita en la qual es desplaça.
En aquest model, els electrons es perceben com ones que es mobilitzen en tota l'òrbita sense una ubicació específica, amb la qual cosa s'introdueix el concepte d'orbital electrònic.
A més, el model atòmic de Broglie, anàleg a el model de Schrödinger, no considera la rotació dels electrons sobre el seu mateix eix (spin).
A l'obviar el moment angular intrínsec dels electrons, s'estan deixant de banda les variacions espacials d'aquestes partícules subatòmiques.
En el mateix ordre d'idees, aquest model tampoc té en compte els canvis en el comportament dels electrons ràpids com a conseqüència dels efectes relativistes.
Articles d'interès
Model atòmic de Schrödinger.
Model atòmic de Chadwick.
Model atòmic de Heisenberg.
Model atòmic de Perrin.
Model atòmic de Thomson.
Model atòmic de Dalton.
Model atòmic de Dirac Jordan.
Model atòmic de Demòcrit.
Model atòmic de Bohr.
referències
- Bohr 's Quantum Theory and De Broglie Waves (sf). Recuperat de: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biographical (1929). © The Nobel Foundation. Recuperat de: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (sf). Recuperat de: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperat de: britannica.com
- Model atòmic de De Broglie. Universitat Nacional d'Educació a Distància. Espanya. Recuperat de: ocw.innova.uned.es
- Ones De Matèria De Louis De Broglie (sf). Recuperat de: hiru.eus
- Von Pamel, O., i Marchisio, S. (sf). Mecànica Quàntica. Universitat Nacional de Rosario. Recuperat de: fceia.unr.edu.ar