Atommodell von Sommerfeld Eigenschaften, Postulate und Einschränkungen

Die Sommerfelds atomares Modell ist eine verbesserte Version des Bohr-Modells, in der das Verhalten von Elektronen durch die Existenz verschiedener Energieniveaus innerhalb des Atoms erklärt wird. Arnold Sommerfeld veröffentlichte 1916 seinen Vorschlag, in dem er die Grenzen dieses Modells durch die Anwendung der Einsteinschen Relativitätstheorie erklärte.

Der hervorragende deutsche Physiker fand heraus, dass die Elektronen in manchen Atomen Lichtgeschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit erreichten. Angesichts dessen wählte er seine Analyse auf relativistische Theorie. Diese Entscheidung war zu dieser Zeit umstritten, da die Relativitätstheorie bis dahin in der wissenschaftlichen Gemeinschaft noch nicht akzeptiert wurde.

Auf diese Weise stellte Sommerfeld die wissenschaftlichen Grundsätze der Zeit in Frage und gab einen anderen Ansatz für atomare Modellierung.

Index

• 1 Eigenschaften
  • 1.1 Einschränkungen des Bohrschen Atommodells
  • 1.2 Der Beitrag von Sommerfeld
• 2 Experiment
• 3 Postulate
  • 3.1 Hauptquantenzahl "n"
  • 3.2 Sekundärquantenzahl "I"
• 4 Einschränkungen
• 5 Referenzen

Eigenschaften

Einschränkungen des Bohr-Atommodells

Sommerfelds Atommodell taucht auf, um die Unzulänglichkeiten von Bohrs Atommodell zu perfektionieren. Die Vorschläge dieses Modells sind in groben Zügen die folgenden:

- Elektronen beschreiben kreisförmige Bahnen um den Kern, ohne Energie zu strahlen.

- Nicht alle Umlaufbahnen waren möglich. Es sind nur Umlaufbahnen möglich, deren Drehimpuls des Elektrons bestimmte Eigenschaften erfüllt. Es ist bemerkenswert, dass der Drehimpuls eines Teilchens von einem Kompendium aller Größen (Geschwindigkeit, Masse und Entfernung) in Bezug auf das Zentrum der Kurve abhängt.

- Die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Elektron von einer Bahn in eine andere abfährt, wird in Form von Lichtenergie (Photon) emittiert.

Obwohl Bohrs Atommodell das Verhalten des Wasserstoffatoms perfekt beschreibt, waren seine Postulate nicht auf andere Arten von Elementen replizierbar.

Bei der Analyse der Spektren, die von Atomen anderer Elemente als Wasserstoff erhalten wurden, wurde festgestellt, dass Elektronen, die sich auf demselben Energieniveau befanden, unterschiedliche Energien enthalten könnten.

Somit war jede der Grundlagen des Modells aus der Perspektive der klassischen Physik widerlegbar. In der folgenden Liste sind die Theorien aufgeführt, die dem Modell gemäß der vorherigen Nummerierung widersprechen:

- Nach Maxwells elektromagnetischen Gesetzen emittieren alle Lasten, die einer bestimmten Beschleunigung ausgesetzt sind, Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung.

- Angesichts der Position der klassischen Physik war es unvorstellbar, dass ein Elektron nicht in beliebiger Entfernung vom Kern frei umlaufen kann.

- Bis dahin war die wissenschaftliche Gemeinschaft fest von der Wellennatur des Lichts überzeugt, und die Idee, dass sie als ein Teilchen gegenwärtig ist, wurde bis dahin nicht in Betracht gezogen.

Der Beitrag von Sommerfeld

Arnold Sommerfeld kam zu dem Schluss, dass der Energieunterschied zwischen den Elektronen - obwohl sie auf demselben Energieniveau lagen - auf die Existenz von energetischen Unterebenen innerhalb jeder Ebene zurückzuführen war.

Sommerfeld verließ sich nach dem Coulombschen Gesetz darauf, daß, wenn ein Elektron einer Kraft ausgesetzt wird, die umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist, die beschriebene Bahn elliptisch und nicht streng kreisförmig sein sollte.

Darüber hinaus basierte es auf Einsteins Relativitätstheorie, Elektronen anders zu behandeln und ihr Verhalten entsprechend der von diesen fundamentalen Teilchen erreichten Geschwindigkeiten zu bewerten.

Experiment

Der Einsatz von hochauflösenden Spektroskopen zur Analyse der Atomtheorie ergab die Existenz sehr feiner Spektrallinien, die Niels Bohr nicht entdeckt hatte und für die das von ihm vorgeschlagene Modell keine Lösung bot.

Vor diesem Hintergrund wiederholte Sommerfeld die Experimente der Lichtzerlegung in seinem elektromagnetischen Spektrum durch den Einsatz von Elektroskopen der nächsten Generation bis dahin.

Aus seinen Untersuchungen folgerte Sommerfeld, dass die in der stationären Bahn des Elektrons enthaltene Energie von den Längen der Halbachsen der Ellipse abhängt, die diese Umlaufbahn beschreibt.

Diese Abhängigkeit wird durch den Quotienten gegeben, der zwischen der Länge der Halbachse und der Länge der Halbachse der Ellipse besteht, und ihr Wert ist relativ.

Wenn ein Elektron von einem Energieniveau zu einem anderen niedrigeren Energieniveau wechselt, können daher verschiedene Umlaufbahnen in Abhängigkeit von der Länge der großen Halbachse der Ellipse aktiviert werden.

Darüber hinaus beobachtete Sommerfeld auch, dass die Spektrallinien eingesetzt wurden. Die Erklärung, die der Wissenschaftler diesem Phänomen zuschrieb, war die Vielseitigkeit der Bahnen, da diese elliptisch oder kreisförmig sein könnten.

Auf diese Weise erklärte Sommerfeld, warum dünne Spektrallinien zum Zeitpunkt der Analyse mit dem Spektroskop geschätzt wurden.

Postulate

Nach einigen Monaten des Studierens des Coulomb-Gesetzes und der Relativitätstheorie, um die Mängel des Bohr-Modells zu erklären, kündigte Sommerfeld 1916 zwei grundlegende Modifikationen an dem erwähnten Modell an:

- Die Elektronenbahnen können kreisförmig oder elliptisch sein.

- Elektronen erreichen relativistische Geschwindigkeiten; das heißt, Werte nahe der Lichtgeschwindigkeit.

Sommerfeld definierte zwei Quantenvariablen, die es ermöglichen, den Bahndrehimpuls und die Form des Orbitals für jedes Atom zu beschreiben. Diese sind:

Hauptquantenzahl "n"

Quantisieren Sie die Halbachse der Ellipse, die vom Elektron beschrieben wird.

Sekundäre Quantenzahl "I"

Quantisierung der kleinen Halbachse der Ellipse, die vom Elektron beschrieben wird.

Dieser letzte Wert, auch bekannt als azimutale Quantenzahl, wurde mit dem Buchstaben "I" bezeichnet und erhält Werte von 0 bis n-1, wobei n die Hauptquantenzahl des Atoms ist.

Abhängig vom Wert der azimutalen Quantenzahl hat Sommerfeld verschiedene Nennwerte für die Umlaufbahnen vergeben, wie im Folgenden beschrieben:

- l = 0 → S. Orbitale

- l = 1 → Hauptorbitalorbital p.

- l = 2 → diffuse Orbitalorbital d.

- I = 3 → Grundorbitalorbital f.

Darüber hinaus wies Sommerfeld darauf hin, dass der Kern der Atome nicht statisch sei. Nach dem von ihm vorgeschlagenen Modell bewegen sich sowohl der Kern als auch die Elektronen um den Massenschwerpunkt des Atoms.

Einschränkungen

Die Hauptmängel des Sommerfeld-Atommodells sind folgende:

- Die Annahme, dass der Drehimpuls als ein Produkt aus Masse durch Geschwindigkeit und Bewegungsradius quantisiert wird, ist falsch. Der Drehimpuls hängt von der Art der Elektronenwelle ab.

- Das Modell spezifiziert nicht, was den Sprung eines Elektrons von einer Bahn zur anderen auslöst, noch kann es das Verhalten des Systems während des Übergangs des Elektrons zwischen stabilen Bahnen beschreiben.

- Nach den Regeln des Modells ist es unmöglich, die Intensität der spektralen Emissionsfrequenzen zu kennen.

Referenzen

1. Bathia, L. (2017). Sommerfeld Atommodell. Von: chemieonline.guru.
2. Erklären Sie ausführlich, wie Sommerfeld die Bohr-Theorie (s.) Erweitert hat. Von: thebigger.com
3. Méndez, A. (2010). Atommodell von Sommerfeld. Von: quimica.laguia2000.com
4. Atommodell von Bohr-Sommerfeld (s.f.). IES Die Magdalena. Avilés, Spanien. Von: fisquiweb.es
5. Parker, P. (2001). Das Bohr-Sommerfeld-Modell des Atoms. Projekt Physnetz. Michigan State Universität. Michigan, USA. Von: physnet.org