- Caratteristiche del modello atomico di de Broglie
- Esperimento di Davisson e Germer
- limitazioni
- Articoli di interesse
- Riferimenti
Il modello atomico di de Broglie fu proposto dal fisico francese Louis Broglie nel 1924. Nella sua tesi di dottorato, Broglie affermò la dualità onda-particella degli elettroni, ponendo le basi della meccanica ondulatoria. Broglie ha pubblicato importanti scoperte teoriche sulla natura ondulatoria della materia su scala atomica.
Più tardi, le dichiarazioni di de Broglie furono dimostrate sperimentalmente dagli scienziati Clinton Davisson e Lester Germer, nel 1927. La teoria delle onde elettroniche di De Broglie si basa sulla proposta di Einstein sulle proprietà ondulatorie della luce a lunghezze d'onda corte.
Broglie annunciò la possibilità che la materia avesse un comportamento simile a quello della luce e suggerì proprietà simili nelle particelle subatomiche come gli elettroni.
Le cariche elettriche e le orbite limitano l'ampiezza, la lunghezza e la frequenza dell'onda descritta dagli elettroni. Broglie ha spiegato il movimento degli elettroni attorno al nucleo atomico.
Caratteristiche del modello atomico di de Broglie
Per sviluppare la sua proposta, Broglie è partito dal principio che gli elettroni avevano una duplice natura tra onda e particella, simile alla luce.
In questo senso, Broglie ha fatto una similitudine tra i due fenomeni e, sulla base delle equazioni sviluppate da Einstein per lo studio della natura ondulatoria della luce, ha indicato quanto segue:
- L'energia totale del fotone e, di conseguenza, l'energia totale dell'elettrone, risultati dal prodotto della frequenza dell'onda e costante di Planck (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x secondi), come mostrato dettagliato nella seguente espressione:
In questa espressione:
E = energia dell'elettrone.
h = costante di Plank.
f = frequenza dell'onda.
- La quantità di moto lineare del fotone, e quindi dell'elettrone, è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, ed entrambe le grandezze sono correlate tramite la costante di Plank:
In questa espressione:
p = quantità di moto dell'elettrone.
h = costante di Plank.
λ = lunghezza d'onda.
- La quantità di moto lineare è il prodotto della massa della particella e della velocità che la particella ha durante il suo spostamento.
Se l'espressione matematica di cui sopra è ristrutturata in funzione della lunghezza d'onda, abbiamo quanto segue:
In questa espressione:
λ = lunghezza d'onda.
h = costante di Plank.
m = massa dell'elettrone.
v = velocità dell'elettrone.
Poiché h, la costante di Plank, ha un valore piccolo, lo è anche la lunghezza d'onda λ. Di conseguenza, è possibile affermare che le proprietà ondulatorie dell'elettrone si verificano solo a livello atomico e subatomico.
- Broglie si basa anche sui postulati del modello atomico di Bohr. Secondo quest'ultimo, le orbite degli elettroni sono limitate e possono essere solo multipli di numeri interi. Così:
Dove:
λ = lunghezza d'onda.
h = costante di Plank.
m = massa dell'elettrone.
v = velocità dell'elettrone.
r = raggio dell'orbita.
n = numero intero.
Secondo il modello atomico di Bohr, che Broglie ha adottato come base, se gli elettroni si comportano come onde stazionarie, le uniche orbite consentite sono quelle il cui raggio è uguale a un multiplo intero della lunghezza d'onda λ.
Pertanto, non tutte le orbite soddisfano i parametri necessari affinché un elettrone si muova attraverso di esse. Questo è il motivo per cui gli elettroni possono muoversi solo in orbite specifiche.
La teoria delle onde elettroniche di de Broglie ha giustificato il successo del modello atomico di Bohr nello spiegare il comportamento del singolo elettrone dell'atomo di idrogeno.
Allo stesso modo, ha anche fatto luce sul motivo per cui questo modello non si adattava a sistemi più complessi, cioè atomi con più di un elettrone.
Esperimento di Davisson e Germer
La verifica sperimentale del modello atomico di de Broglie avvenne 3 anni dopo la sua pubblicazione, nel 1927.
I principali fisici americani Clinton J. Davisson e Lester Germer hanno confermato sperimentalmente la teoria della meccanica ondulatoria.
Davisson e Germer hanno eseguito prove di diffusione di un fascio di elettroni attraverso un cristallo di nichel e hanno osservato il fenomeno della diffrazione attraverso il mezzo metallico.
L'esperimento condotto è consistito nell'eseguire la seguente procedura:
- In primo luogo, è stato posizionato un fascio di elettroni che aveva un'energia iniziale nota.
- È stata installata una sorgente di tensione per accelerare il movimento degli elettroni stimolando una differenza di potenziale.
- Il flusso del fascio di elettroni era diretto verso un cristallo metallico; in questo caso, nichel.
- È stato misurato il numero di elettroni che hanno avuto un impatto sul cristallo di nichel.
Alla fine della sperimentazione, Davisson e Germer hanno rilevato che gli elettroni erano dispersi in direzioni diverse.
Ripetendo l'esperimento utilizzando cristalli metallici con diversi orientamenti, gli scienziati hanno rilevato quanto segue:
- La diffusione del fascio di elettroni attraverso il cristallo metallico era paragonabile al fenomeno di interferenza e diffrazione dei raggi luminosi.
- La riflessione degli elettroni sul cristallo da impatto descriveva la traiettoria che, teoricamente, dovrebbe descrivere secondo la teoria delle onde elettroniche di de Broglie.
In breve, l'esperimento di Davisson e Germer ha verificato sperimentalmente la natura doppia onda-particella degli elettroni.
limitazioni
Il modello atomico di de Broglie non prevede la posizione esatta dell'elettrone sull'orbita in cui viaggia.
In questo modello, gli elettroni sono percepiti come onde che si muovono lungo l'orbita senza una posizione specifica, introducendo così il concetto di orbitale elettronico.
Inoltre, il modello atomico di de Broglie, analogo al modello di Schrödinger, non considera la rotazione degli elettroni attorno al loro stesso asse (spin).
Ignorando il momento angolare intrinseco degli elettroni, le variazioni spaziali di queste particelle subatomiche vengono trascurate.
Allo stesso modo, anche questo modello non tiene conto dei cambiamenti nel comportamento degli elettroni veloci come conseguenza di effetti relativistici.
Articoli di interesse
Modello atomico di Schrödinger.
Il modello atomico di Chadwick.
Modello atomico di Heisenberg.
Il modello atomico di Perrin.
Il modello atomico di Thomson.
Il modello atomico di Dalton.
Modello atomico di Dirac Jordan.
Modello atomico di Democrito.
Il modello atomico di Bohr.
Riferimenti
- Teoria quantistica di Bohr e onde di De Broglie (nd). Recupero da: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biografico (1929). © The Nobel Foundation. Estratto da: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Estratto da: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Estratto da: britannica.com
- Il modello atomico di De Broglie. Università nazionale di istruzione a distanza. Spagna. Recupero da: ocw.innova.uned.es
- Waves Of Matter di Louis De Broglie (nd). Recupero da: hiru.eus
- Von Pamel, O. e Marchisio, S. (nd). Meccanica quantistica. Università Nazionale di Rosario. Recupero da: fceia.unr.edu.ar