- Caractéristiques du modèle atomique de Broglie
- Expérience Davisson et Germer
- Limites
- Articles d'intérêt
- Références
Le modèle atomique de Broglie a été proposé par le physicien français Louis Broglie en 1924. Dans sa thèse de doctorat, Broglie a affirmé la dualité onde-particule des électrons, jetant les bases de la mécanique des ondes. Broglie a publié d'importantes découvertes théoriques sur la nature des corpuscules d'ondes de la matière à l'échelle atomique.
Plus tard, les déclarations de De Broglie ont été démontrées expérimentalement par les scientifiques Clinton Davisson et Lester Germer, en 1927. La théorie des ondes électroniques de De Broglie est basée sur la proposition d'Einstein sur les propriétés d'onde de la lumière à de courtes longueurs d'onde.
Broglie a annoncé la possibilité que la matière ait un comportement similaire à celui de la lumière et a suggéré des propriétés similaires dans les particules subatomiques telles que les électrons.
Les charges électriques et les orbites restreignent l'amplitude, la longueur et la fréquence de l'onde décrite par les électrons. Broglie a expliqué le mouvement des électrons autour du noyau atomique.
Caractéristiques du modèle atomique de Broglie
Pour développer sa proposition, Broglie est parti du principe que les électrons avaient une double nature entre onde et particule, semblable à la lumière.
En ce sens, Broglie a fait une comparaison entre les deux phénomènes et, sur la base des équations développées par Einstein pour l'étude de la nature ondulatoire de la lumière, il a indiqué ce qui suit:
- L'énergie totale du photon et, par conséquent, l'énergie totale de l'électron, résulte du produit de la fréquence de l'onde et de la constante de Plank (6,62606957 (29) × 10-34 Jules x secondes), comme indiqué détaillé dans l'expression suivante:
Dans cette expression:
E = énergie de l'électron.
h = constante de la planche.
f = fréquence de l'onde.
- Le moment linéaire du photon, et donc de l'électron, est inversement proportionnel à la longueur d'onde, et les deux grandeurs sont liées par la constante de Plank:
Dans cette expression:
p = quantité de mouvement de l'électron.
h = constante de la planche.
λ = longueur d'onde.
- L'élan linéaire est le produit de la masse de la particule et de la vitesse de la particule lors de son déplacement.
Si l'expression mathématique ci-dessus est restructurée en fonction de la longueur d'onde, nous avons ce qui suit:
Dans cette expression:
λ = longueur d'onde.
h = constante de la planche.
m = masse de l'électron.
v = vitesse de l'électron.
Puisque h, constante de Plank, a une petite valeur, la longueur d'onde λ l'est aussi. Par conséquent, il est possible de déclarer que les propriétés d'onde de l'électron se produisent uniquement aux niveaux atomique et subatomique.
- Broglie s'appuie également sur les postulats du modèle atomique de Bohr. Selon ce dernier, les orbites des électrons sont limitées et ne peuvent être que des multiples de nombres entiers. Alors:
Où:
λ = longueur d'onde.
h = constante de la planche.
m = masse de l'électron.
v = vitesse de l'électron.
r = rayon de l'orbite.
n = entier.
Selon le modèle atomique de Bohr, que Broglie a adopté comme base, si les électrons se comportent comme des ondes stationnaires, les seules orbites autorisées sont celles dont le rayon est égal à un multiple entier de la longueur d'onde λ.
Par conséquent, toutes les orbites ne répondent pas aux paramètres nécessaires pour qu'un électron se déplace à travers elles. C'est pourquoi les électrons ne peuvent se déplacer que sur des orbites spécifiques.
La théorie des ondes électroniques de De Broglie a justifié le succès du modèle atomique de Bohr en expliquant le comportement de l'électron unique de l'atome d'hydrogène.
De même, cela a également permis de comprendre pourquoi ce modèle ne convenait pas à des systèmes plus complexes, c'est-à-dire des atomes avec plus d'un électron.
Expérience Davisson et Germer
La vérification expérimentale du modèle atomique de Broglie a eu lieu 3 ans après sa publication, en 1927.
Les principaux physiciens américains Clinton J. Davisson et Lester Germer ont confirmé expérimentalement la théorie de la mécanique des vagues.
Davisson et Germer ont réalisé des tests de diffusion d'un faisceau d'électrons à travers un cristal de nickel et observé le phénomène de diffraction à travers le milieu métallique.
L'expérience réalisée a consisté à réaliser la procédure suivante:
- Dans un premier temps, un assemblage de faisceaux d'électrons a été placé qui avait une énergie initiale connue.
- Une source de tension a été installée pour accélérer le mouvement des électrons en provoquant une différence de potentiel.
- Le flux du faisceau d'électrons était dirigé vers un cristal métallique; dans ce cas, nickel.
- Le nombre d'électrons ayant impacté le cristal de nickel a été mesuré.
À la fin de l'expérimentation, Davisson et Germer ont détecté que les électrons étaient dispersés dans des directions différentes.
En répétant l'expérience en utilisant des cristaux métalliques avec des orientations différentes, les scientifiques ont détecté ce qui suit:
- La diffusion du faisceau d'électrons à travers le cristal métallique était comparable au phénomène d'interférence et de diffraction des rayons lumineux.
- La réflexion des électrons sur le cristal d'impact décrit la trajectoire qu'il devrait théoriquement décrire selon la théorie de l'onde électronique de Broglie.
En bref, l'expérience de Davisson et Germer a vérifié expérimentalement la nature double onde-particule des électrons.
Limites
Le modèle atomique de Broglie ne permet pas de prédire l'emplacement exact de l'électron sur l'orbite dans laquelle il se déplace.
Dans ce modèle, les électrons sont perçus comme des ondes qui se déplacent sur toute l'orbite sans emplacement spécifique, introduisant ainsi le concept d'une orbitale électronique.
De plus, le modèle atomique de Broglie, analogue au modèle de Schrödinger, ne considère pas la rotation des électrons autour de leur même axe (spin).
En ignorant le moment angulaire intrinsèque des électrons, les variations spatiales de ces particules subatomiques sont négligées.
Dans le même ordre d'idées, ce modèle ne prend pas non plus en compte les changements de comportement des électrons rapides suite à des effets relativistes.
Articles d'intérêt
Modèle atomique de Schrödinger.
Le modèle atomique de Chadwick.
Modèle atomique de Heisenberg.
Modèle atomique de Perrin.
Le modèle atomique de Thomson.
Le modèle atomique de Dalton.
Modèle atomique de Dirac Jordan.
Modèle atomique de Démocrite.
Le modèle atomique de Bohr.
Références
- Théorie quantique de Bohr et ondes de De Broglie (nd). Récupéré de: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biographique (1929). © La Fondation Nobel. Récupéré de: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (sd). Récupéré de: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Récupéré de: britannica.com
- Le modèle atomique de De Broglie. Université nationale d'enseignement à distance. Espagne. Récupéré de: ocw.innova.uned.es
- Vagues de matière par Louis De Broglie (nd). Récupéré de: hiru.eus
- Von Pamel, O., et Marchisio, S. (nd). Mécanique quantique. Université nationale de Rosario. Récupéré de: fceia.unr.edu.ar