Introducere în Chimie

Termeni

• lungimedistanța dintre un vârf sau jgheab al unei oscilații de călătorie și următoarea; este adesea desemnată în fizică ca λ și corespunde vitezei împărțite la frecvență.
• frecvențănumărul de apariții ale unui eveniment repetat pe unitatea de timp.la sfârșitul secolului al XIX-lea, se credea că lumina este formată din unde de câmpuri electromagnetice care se propagau conform ecuațiilor lui Maxwell, în timp ce materia era formată din particule localizate., Această diviziune a fost contestată atunci când, în lucrarea sa din 1905 despre efectul fotoelectric, Albert Einstein a postulat că lumina a fost emisă și absorbită ca pachete localizate sau cuante (numite acum fotoni). Aceste cuante ar avea o energie de:

  E = hv

  unde v este frecvența luminii și h este constanta lui Planck. Postulatul lui Einstein a fost confirmat experimental de Robert Millikan și Arthur Compton în următoarele două decenii. Astfel, a devenit evident că lumina are atât proprietăți asemănătoare undelor, cât și particule., În teza sa de doctorat din 1924, de Broglie a căutat să extindă această dualitate undă-particule la toate particulele materiale cu impuls liniar.

  

  În 1926, Erwin Schrödinger a publicat o ecuație care descrie cum un val de materie ar trebui să evolueze de—a întâmplat de undă echivalentă a ecuațiilor lui Maxwell—și a folosit-o pentru a obține spectrul energiei de hidrogen. În același an, Max Born a publicat interpretarea sa standard acum că pătratul amplitudinii unui val de materie dă probabilitatea de a găsi o particulă într-un anumit loc., Această interpretare a fost în contrast cu interpretarea proprie a lui de Broglie, în care valul corespunde mișcării fizice a unei particule localizate.

  De Broglie Ecuații

  de Broglie ecuații se referă la lungimea de undă (λ) la impuls (p) și frecvența (f) energia cinetică (E) (cu excepția restul de energie și orice energie potențială) a unei particule:

  \lambda ={ h }/p și f={ E }/{ h }

  în cazul în care h este Constanta lui Planck., Cele două ecuații pot fi echivalent scris ca

  p =\hbar k și E=\hbar \omega

  în cazul în care \hbar ={ h }/{ 2\pi } este redus constanta lui Planck,

  în cazul în care k={ 2\pi }/{ \lambda } este unghiulare de undă, și

  în cazul în care \omega =2\pi f este frecvența unghiulară.realizarea cheie a lui de Broglie a fost că într-un atom cu un electron, pentru ca o undă să aibă o amplitudine stabilă și să nu se descompună în timp, un număr întreg (n) de lungimi de undă trebuie să se încadreze într-o singură circumferință trasată de orbita Bohr.,n:

  n\lambda = 2\pi{r}

  Acest lucru a fost, din fericire, o reminiscență a lui Bohr observație despre momentul cinetic al unui electron, care a fost deja stabilit:

  m_{e}vr=2\pi{r}

  De inspecție de mai sus și cu minore rearanjare, de Broglie relație poate fi obținută după cum urmează:

  \lambda = \frac{h}{m_{e}{v}} = \frac{h}{p} de

  Confirmarea de Broglie Ipoteza

  În 1927, la Bell Labs, Clinton Davisson si Lester H. Germer a tras încet-deplasarea electronilor de la un cristalin nichel țintă. Dependența unghiulară a intensității electronului reflectat a fost măsurată și s-a determinat să aibă același model de difracție ca cele prezise de Bragg pentru razele X. Înainte de acceptarea ipotezei de Broglie, difracția era o proprietate despre care se credea că este expusă doar de valuri., Prin urmare, prezența oricăror efecte de difracție de către materie a demonstrat natura asemănătoare undelor materiei. Când lungimea de undă de Broglie a fost introdusă în starea Bragg, a fost prezis modelul de difracție observat, confirmând astfel experimental ipoteza de Broglie pentru electroni.experimentele cu difracția Fresnel și reflexia speculară a atomilor neutri confirmă aplicarea ipotezei de Broglie la atomi, adică existența undelor atomice care suferă difracție, interferență și permit reflexia cuantică de cozile potențialului atractiv., Progresele în răcirea cu laser au permis răcirea atomilor neutri la temperaturi apropiate de zero absolut. La aceste temperaturi, lungimile de undă termice de Broglie intră în intervalul micrometrului. Folosind difracția Bragg a atomilor și o tehnică de interferometrie Ramsey, lungimea de undă de Broglie a atomilor de sodiu rece a fost măsurată în mod explicit și sa dovedit a fi în concordanță cu temperatura măsurată printr-o metodă diferită.experimentele recente confirmă chiar relațiile de Broglie pentru molecule și macromolecule, care în mod normal sunt considerate prea mari pentru a suferi efecte mecanice cuantice., În 1999, o echipă de cercetare din Viena a demonstrat difracția pentru molecule la fel de mari ca fullerenele. Cercetătorii au calculat o lungime de undă de Broglie a celei mai probabile C60velocități ca 2.5 pm. Experimente mai recente dovedesc natura cuantică a moleculelor cu o masă de până la 6910 amu. În general, ipoteza de Broglie este de așteptat să se aplice oricărui obiect bine izolat. Chiar și obiectele macroscopice, cum ar fi bilele de tenis, au o lungime de undă calculabilă de Broglie; cu toate acestea, ele ar fi mult prea mici pentru a observa experimental, iar natura lor asemănătoare valurilor nu este intuitivă pentru experiența comună.