드 브로이 원자 모델은 그의 박사 학위 논문에서 1924 년에 프랑스의 물리학 자 루이 브로이에 의해 제안되었다 브로이 파동 역학의 기초를 놓고, 전자의 파동 - 입자 이중성을 주장했다. Broglie는 원자 규모에서 물질의 파동 체 특성에 대한 중요한 이론적 발견을 발표했습니다.
나중에 de Broglie 진술은 1927 년 과학자 Clinton Davisson과 Lester Germer에 의해 실험적으로 입증되었습니다. De Broglie의 전자파 이론은 단파장에서 빛의 파동 특성에 대한 아인슈타인의 제안을 기반으로합니다.
Broglie는 물질이 빛과 유사한 거동을 보일 가능성을 발표하고 전자와 같은 아 원자 입자에서 유사한 특성을 제안했습니다.
전하와 궤도는 전자가 설명하는 파동의 진폭, 길이 및 주파수를 제한합니다. Broglie는 원자핵 주변의 전자의 움직임을 설명했습니다.
de Broglie 원자 모델의 특성
그의 제안을 개발하기 위해 Broglie는 전자가 빛과 유사한 파동과 입자 사이의 이중 성질을 갖는다는 원칙에서 시작했습니다.
이런 의미에서 Broglie는 두 현상 사이의 직유를 만들었고 아인슈타인이 빛의 파동 특성을 연구하기 위해 개발 한 방정식을 기반으로 다음과 같이 지적했습니다.
-광자의 총 에너지와 결과적으로 전자의 총 에너지는 다음과 같이 파동 주파수와 플랭크 상수 (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x 초) 의 곱에서 발생합니다. 다음 식에서 자세히 설명합니다.
이 표현에서 :
E = 전자의 에너지.
h = 플랭크 상수.
f = 파동의 주파수.
-광자의 선형 운동량, 따라서 전자의 운동량은 파장에 반비례하며 두 크기는 모두 Plank 상수를 통해 관련됩니다.
이 표현에서 :
p = 전자의 운동량.
h = 플랭크 상수.
λ = 파장.
-선형 운동량은 입자의 질량과 입자가 변위하는 동안 갖는 속도의 곱입니다.
위의 수학적 표현이 파장의 함수로 재구성되면 다음과 같이됩니다.
이 표현에서 :
λ = 파장.
h = 플랭크 상수.
m = 전자의 질량.
v = 전자의 속도.
Plank 상수 h는 작은 값을 가지므로 파장 λ도 작습니다. 결과적으로 전자의 파동 특성은 원자 수준과 아 원자 수준에서만 발생한다고 말할 수 있습니다.
-Broglie는 또한 Bohr의 원자 모델의 가정을 기반으로합니다. 후자에 따르면 전자의 궤도는 제한되어 있으며 정수의 배수 만 될 수 있습니다. 그래서:
어디:
λ = 파장.
h = 플랭크 상수.
m = 전자의 질량.
v = 전자의 속도.
r = 궤도 반경.
n = 정수.
Broglie가 기본으로 채택한 Bohr의 원자 모델에 따르면 전자가 정상파처럼 행동하는 경우 허용되는 유일한 궤도는 반경이 파장 λ의 정수 배수와 동일한 궤도입니다.
따라서 모든 궤도가 전자가 궤도를 통과하는 데 필요한 매개 변수를 충족하는 것은 아닙니다. 이것이 전자가 특정 궤도에서만 이동할 수있는 이유입니다.
de Broglie 전자파 이론은 수소 원자의 단일 전자의 거동을 설명하는 보어의 원자 모델의 성공을 정당화했습니다.
마찬가지로,이 모델이 더 복잡한 시스템, 즉 하나 이상의 전자를 가진 원자에 적합하지 않은 이유에 대해서도 설명합니다.
데이비슨과 거머 실험
de Broglie 원자 모델의 실험적 검증은 1927 년 발표 된 지 3 년 후에 이루어졌습니다.
미국의 주요 물리학자인 Clinton J. Davisson과 Lester Germer는 파동 역학 이론을 실험적으로 확인했습니다.
Davisson과 Germer는 니켈 결정을 통해 전자빔의 산란 테스트를 수행하고 금속 매체를 통한 회절 현상을 관찰했습니다.
수행 된 실험은 다음 절차를 수행하는 것으로 구성되었습니다.
-처음에는 알려진 초기 에너지를 가진 전자빔 어셈블리가 배치되었습니다.
-전위차를 유발하여 전자의 이동을 가속화하기 위해 전압원을 설치했습니다.
-전자빔의 흐름은 금속 결정으로 향했습니다. 이 경우 니켈입니다.
-니켈 결정에 영향을 미치는 전자의 수를 측정했습니다.
실험이 끝났을 때 Davisson과 Germer는 전자가 서로 다른 방향으로 흩어져 있음을 발견했습니다.
다른 방향의 금속 결정을 사용하여 실험을 반복함으로써 과학자들은 다음을 발견했습니다.
-금속 결정을 통한 전자빔의 산란은 광선의 간섭 및 회절 현상과 비슷합니다.
-충격 결정에 대한 전자의 반사는 이론적으로 de Broglie 전자파 이론에 따라 설명해야하는 궤도를 설명했습니다.
요컨대, Davisson과 Germer 실험은 전자의 이중 파동 입자 특성을 실험적으로 확인했습니다.
한계
de Broglie 원자 모델은 전자가 이동하는 궤도에서 전자의 정확한 위치를 예측하지 않습니다.
이 모델에서 전자는 특정 위치없이 궤도를 도는 파동으로 인식되어 전자 궤도의 개념을 도입합니다.
또한 Schrödinger 모델과 유사한 de Broglie 원자 모델은 동일한 축 (스핀)에 대한 전자의 회전을 고려하지 않습니다.
전자의 고유 각운동량을 무시함으로써 이러한 아 원자 입자의 공간적 변화는 무시되고 있습니다.
같은 맥락에서이 모델은 상대 론적 효과의 결과로 빠른 전자의 동작 변화를 고려하지 않습니다.
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참고 문헌
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