सोमरफेल्ड के परमाणु मॉडल: विशेषताएं, विशेषताएं, फायदे और नुकसान - रसायन विज्ञान - 2025

परमाणु मॉडल Sommerfeld जर्मन भौतिकशास्त्री 1915 और 1916 के बीच अर्नाल्ड Sommerfeld द्वारा बनाया गया था, तथ्यों कि बोह्र मॉडल, 1913 में पहले जारी, संतोषजनक ढंग से व्याख्या नहीं कर सकता है समझाने के लिए। सोमरफेल्ड ने पहले बवेरियन एकेडमी ऑफ साइंसेज को अपने परिणाम प्रस्तुत किए और बाद में उन्हें जर्नल एनलन डेर फिजिक में प्रकाशित किया।

डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोहर द्वारा प्रस्तावित परमाणु मॉडल, सभी हाइड्रोजन के सबसे सरल परमाणु का वर्णन करता है, लेकिन यह नहीं बता सका कि एक ही ऊर्जा राज्य में इलेक्ट्रॉनों विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों की उपस्थिति में विभिन्न ऊर्जा स्तर क्यों प्रस्तुत कर सकते हैं।

चित्र 1. अर्ध-शास्त्रीय मॉडल में कक्षाएँ न्यूटोनियन हैं, लेकिन केवल वे जिनकी परिधि एक पूर्णांक संख्या में कई बार डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य की अनुमति है। स्रोत: एफ। ज़पाटा

बोह्र द्वारा प्रस्तावित सिद्धांत में, नाभिक की परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉन में केवल इसकी कक्षीय कोणीय गति एल के कुछ मूल्य हो सकते हैं, और इसलिए यह किसी भी कक्षा में नहीं हो सकता है।

बोह्र ने भी इन कक्षाओं को गोलाकार माना और एक एकल क्वांटम संख्या जिसे प्रिंसिपल क्वांटम नंबर n = 1, 2, 3 कहा जाता है… की अनुमति दी गई कक्षाओं की पहचान करने के लिए दिया गया।

सोमरफेल्ड का बोहर मॉडल में पहला संशोधन यह मान लेना था कि इलेक्ट्रॉन की कक्षा भी अण्डाकार हो सकती है।

एक परिधि को इसकी त्रिज्या द्वारा वर्णित किया गया है, लेकिन दीर्घवृत्त के लिए दो मापदंडों को देना होगा: अर्ध-प्रमुख अक्ष और अर्ध-लघु अक्ष, इसके स्थानिक अभिविन्यास के अलावा। इसके साथ उन्होंने दो और क्वांटम संख्याएँ शुरू कीं।

सोमरफेल्ड ने जो दूसरा बड़ा संशोधन किया, वह परमाणु मॉडल के सापेक्ष प्रभाव को जोड़ना था। प्रकाश की तुलना में कुछ भी तेज नहीं है, हालांकि सोमरफेल्ड ने इलेक्ट्रॉनिक रूप से प्रशंसा की करीब गति के साथ पाया था, इसलिए परमाणु के किसी भी विवरण में सापेक्ष प्रभावों को शामिल करना आवश्यक था।

सोमरफेल्ड परमाणु मॉडल को दर्शाता है

इलेक्ट्रॉनों परिपत्र और अण्डाकार कक्षाओं का पालन करते हैं

परमाणु में इलेक्ट्रॉन अण्डाकार कक्षाओं का अनुसरण करते हैं (गोलाकार कक्षाएँ एक विशेष मामला है) और उनकी ऊर्जा अवस्था 3 क्वांटम संख्याओं की विशेषता हो सकती है: प्रमुख क्वांटम संख्या n, द्वितीयक क्वांटम संख्या या azimuthal संख्या l और चुंबकीय क्वांटम संख्या m _L ।

परिधि के विपरीत, एक दीर्घवृत्त में एक अर्ध-प्रमुख अक्ष और एक अर्ध-लघु अक्ष होता है।

लेकिन एक ही अर्ध-प्रमुख धुरी के साथ दीर्घवृत्त भिन्न अर्ध-लघु कुल्हाड़ियों हो सकते हैं, यह विलक्षणता की डिग्री पर निर्भर करता है। 0 के बराबर एक सनकी एक सर्कल से मेल खाती है, इसलिए यह परिपत्र रास्तों को खारिज नहीं करता है। इसके अलावा, अंतरिक्ष में दीर्घवृत्त के अलग-अलग झुकाव हो सकते हैं।

इसलिए सोमरफेल्ड उन्होंने मामूली अक्ष और चुंबकीय क्वांटम संख्या एम _एल को इंगित करने के लिए अपने मॉडल संख्या क्वांटम माध्यमिक एल में जोड़ा । इस प्रकार उन्होंने संकेत दिया कि अण्डाकार कक्षा के स्थानिक झुकाव क्या हैं।

चित्रा 2. एनर्जी लेवल n = 5 से संबंधित ऑर्बल्स को कोणीय गति l के विभिन्न मूल्यों के लिए दिखाया गया है जिसमें फुल डे ब्रोगली तरंग दैर्ध्य होते हैं। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

ध्यान दें कि यह नए प्रिंसिपल क्वांटम नंबरों को नहीं जोड़ता है, इसलिए अण्डाकार कक्षा में इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा बोहर मॉडल की तरह ही है। इसलिए कोई नई ऊर्जा के स्तर नहीं हैं, लेकिन संख्या n द्वारा दिए गए स्तरों का एक दोहरीकरण है।

Zeeman प्रभाव और स्टार्क प्रभाव

इस तरह से किसी दिए गए कक्षा को पूरी तरह से निर्दिष्ट करना संभव है, उल्लिखित 3 क्वांटम संख्याओं के लिए धन्यवाद और इस प्रकार दो प्रभावों के अस्तित्व की व्याख्या करें: ज़ीमान प्रभाव और स्टार्क प्रभाव।

और इसलिए वह ऊर्जा के दोहरीकरण की व्याख्या करता है जो सामान्य Zeeman प्रभाव में प्रकट होता है (एक विसंगति Zeeman प्रभाव भी है), जिसमें एक वर्णक्रमीय रेखा को कई घटकों में विभाजित किया जाता है जब यह एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में होता है।

लाइनों का यह दोहरीकरण एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में भी होता है, जिसे स्टार्क प्रभाव के रूप में जाना जाता है, जिसने सोमरफेल्ड को इन प्रभावों की व्याख्या करने के लिए बोहर मॉडल को संशोधित करने के बारे में सोचने के लिए प्रेरित किया।

परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉन अपने द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर घूमते हैं

अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक की खोज की और इस तथ्य के बाद कि परमाणु का लगभग सभी द्रव्यमान केंद्रित है, पता चला था, वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि नाभिक कम या ज्यादा स्थिर था।

हालांकि, सोमरफेल्ड ने पोस्ट किया कि न्यूक्लियस और ऑर्बिटिंग इलेक्ट्रॉन्स सिस्टम के द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर घूमते हैं, जो निश्चित रूप से न्यूक्लियस के बहुत करीब है। उनका मॉडल इलेक्ट्रॉन-नाभिक प्रणाली के कम द्रव्यमान का उपयोग करता है, बजाय इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के।

अण्डाकार कक्षाओं में, सूर्य के चारों ओर के ग्रहों की तरह, ऐसे समय होते हैं जब इलेक्ट्रॉन करीब होता है, और नाभिक से अन्य समय में। इसलिए इसकी गति अपनी कक्षा में प्रत्येक बिंदु पर अलग है।

चित्रा 3.- अर्नोल्ड सोमरफेल्ड। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स GFHund।

इलेक्ट्रॉनों सापेक्ष गति तक पहुँच सकते हैं

सोमरफेल्ड ने अपने मॉडल को ठीक संरचना में पेश किया, जो विद्युत चुम्बकीय बल से संबंधित एक आयामहीन स्थिरांक है:

α = 1 / 137.0359895

इसे इलेक्ट्रान आवेश e वर्ग के बीच भागफल के रूप में परिभाषित किया गया है, और प्लैंक के स्थिर h के गुणन और एक c में निर्वात में प्रकाश c की गति, सभी को 2π से गुणा किया जाता है:

α = ^{2 1} (ई ² / एचसी) = 1 / 137.0359895

ठीक संरचना निरंतर परमाणु भौतिकी में तीन सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांक से संबंधित है। दूसरा इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, जो यहां सूचीबद्ध नहीं है।

इस तरह इलेक्ट्रॉनों को फोटॉन (वैक्यूम में गति सी पर गतिमान) के साथ जोड़ा जाता है, और इस प्रकार बोहर मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई हाइड्रोजन परमाणु की कुछ वर्णक्रमीय रेखाओं के विचलन की व्याख्या करते हैं।

सापेक्षतावादी सुधारों के लिए धन्यवाद, एन के बराबर एन के साथ ऊर्जा का स्तर अलग हो जाता है, जिससे स्पेक्ट्रम की ठीक संरचना को जन्म दिया जाता है, इसलिए स्थिर α का नाम।

और परमाणु की सभी विशेषता लंबाई इस स्थिरांक के रूप में व्यक्त की जा सकती है।

चित्रा 4. कोणीय गति एल का परिमाणीकरण दिखाया गया है। वृत्ताकार कक्षाओं के विपरीत, दीर्घवृत्त प्रत्येक ऊर्जा स्तर के लिए एल के एक से अधिक मान की अनुमति देते हैं। स्रोत: एफ। ज़पाटा

फायदे और नुकसान

फायदा

-सोमरफेल्ड ने दिखाया कि हाइड्रोजन परमाणु की वर्णक्रमीय रेखाओं को समझाने के लिए एक एकल क्वांटम संख्या अपर्याप्त थी।

-यह एक स्थानिक मात्रात्मकता का प्रस्ताव करने वाला पहला मॉडल था, क्योंकि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की दिशा में कक्षाओं के अनुमान, वास्तव में, मात्रात्मक हैं।

-इस Sommerfeld मॉडल को सफलतापूर्वक एक ही प्रिंसिपल क्वांटम संख्या के साथ कि इलेक्ट्रॉनों समझाया n अपनी ऊर्जा राज्य में भिन्न होते हैं, क्योंकि वे विभिन्न क्वांटम संख्याओं एल हो सकता है और मीटर _एल ।

-आंतरिक स्पेक्ट्रम की बारीक संरचना विकसित करने और Zeeman प्रभाव की व्याख्या करने के लिए निरंतर α को शामिल किया।

-संबंधित अप्रभावी प्रभाव, क्योंकि इलेक्ट्रॉन प्रकाश के काफी करीब गति के साथ आगे बढ़ सकते हैं।

नुकसान

-आपका मॉडल केवल एक इलेक्ट्रॉन के साथ परमाणुओं पर लागू होता है और कई मामलों में क्षार धातु के परमाणुओं जैसे कि ली ²⁺, लेकिन यह हीलियम परमाणु में उपयोगी नहीं है, जिसमें दो इलेक्ट्रॉन हैं।

-इसने परमाणु में इलेक्ट्रॉनिक वितरण की व्याख्या नहीं की।

-इस मॉडल ने इन संक्रमणों के समय के बारे में जानकारी दिए बिना, अनुमत राज्यों की ऊर्जा और राज्यों के बीच संक्रमण में उत्सर्जित या अवशोषित विकिरण की आवृत्तियों की गणना करने की अनुमति दी।

-अब यह ज्ञात है कि इलेक्ट्रॉन कक्षा जैसे पूर्व निर्धारित आकार के साथ प्रक्षेपवक्र का पालन नहीं करते हैं, लेकिन ऑर्बिटल्स, अंतरिक्ष के क्षेत्रों पर कब्जा कर लेते हैं जो श्रोडिंगर समीकरण के समाधान के अनुरूप हैं।

-इस मॉडल ने क्वांटम पहलुओं के साथ मनमाने ढंग से शास्त्रीय पहलुओं को जोड़ा।

-वह अनिमल Zeeman प्रभाव की व्याख्या करने में विफल रहा, इसके लिए Dirac मॉडल की आवश्यकता है, जिसने बाद में एक और क्वांटम संख्या को जोड़ा।

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संदर्भ

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