MODEL ATOM SOMMERFELD: KARAKTERISTIK, POSTULAT, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - KIMIA - 2025

Model atom Sommerfeld dibuat oleh fisikawan Jerman Arnold Sommerfeld antara tahun 1915 dan 1916, untuk menjelaskan fakta bahwa model Bohr, yang dirilis lebih awal pada tahun 1913, tidak dapat menjelaskan secara memuaskan. Sommerfeld pertama kali mempresentasikan hasilnya ke Bavarian Academy of Sciences dan kemudian menerbitkannya di jurnal Annalen der Physik.

Model atom yang diajukan oleh fisikawan Denmark Niels Bohr menggambarkan atom yang paling sederhana, hidrogen, tetapi tidak dapat menjelaskan mengapa elektron dalam keadaan energi yang sama dapat menunjukkan tingkat energi yang berbeda dengan adanya medan elektromagnetik.

Gambar 1. Dalam model semi-klasik, orbitnya adalah Newtonian, tetapi hanya orbit yang garis kelilingnya berupa bilangan bulat dengan panjang gelombang de Broglie yang diperbolehkan. Sumber: F. Zapata.

Dalam teori yang dikemukakan oleh Bohr, elektron yang mengorbit inti hanya dapat memiliki nilai tertentu dari momentum sudut orbitalnya L, dan oleh karena itu tidak dapat berada di orbit manapun.

Bohr juga menganggap orbit ini melingkar dan satu bilangan kuantum yang disebut bilangan kuantum utama n = 1, 2, 3… berfungsi untuk mengidentifikasi orbit yang diperbolehkan.

Modifikasi pertama Sommerfeld ke model Bohr adalah mengasumsikan bahwa orbit elektron juga bisa berbentuk elips.

Sebuah keliling dijelaskan oleh jari-jarinya, tetapi untuk sebuah elips, dua parameter harus diberikan: sumbu semi-mayor dan sumbu semi-minor, di samping orientasi spasialnya. Dengan ini dia memperkenalkan dua bilangan kuantum lagi.

Modifikasi besar kedua yang dilakukan Sommerfeld adalah menambahkan efek relativistik ke model atom. Tidak ada yang lebih cepat dari cahaya, namun Sommerfeld telah menemukan elektron dengan kecepatan yang sangat dekat, oleh karena itu perlu untuk memasukkan efek relativistik ke dalam deskripsi atom.

Model atom Sommerfeld mendalilkan

Elektron mengikuti orbit lingkaran dan elips

Elektron dalam atom mengikuti orbit elips (orbit melingkar adalah kasus tertentu) dan status energinya dapat dicirikan oleh 3 bilangan kuantum: bilangan kuantum utama n , bilangan kuantum sekunder atau bilangan azimut l dan bilangan kuantum magnetik m _L .

Berbeda dengan keliling, elips memiliki sumbu semi-mayor dan sumbu semi-minor.

Tetapi elips dengan sumbu semi-mayor yang sama dapat memiliki sumbu semi-minor yang berbeda, bergantung pada derajat eksentrisitasnya. Eksentrisitas yang sama dengan 0 berarti lingkaran, jadi tidak menutup kemungkinan adanya jalur melingkar. Selain itu, elips di ruang angkasa dapat memiliki kemiringan yang berbeda.

Oleh karena itu Sommerfeld ia ditambahkan ke nomor model kuantum l sekunder untuk menunjukkan sumbu minor dan kuantum magnetik jumlah m _L . Jadi dia menunjukkan orientasi spasial apa yang diperbolehkan pada orbit elips.

Gambar 2. Orbit yang sesuai dengan tingkat energi n = 5 ditampilkan untuk nilai momentum sudut l yang berbeda yang memiliki panjang gelombang penuh de Broglie. Sumber: wikimedia commons.

Perhatikan bahwa ia tidak menambahkan bilangan kuantum utama baru, jadi energi total elektron dalam orbit elips sama dengan model Bohr. Oleh karena itu tidak ada tingkat energi baru, tetapi penggandaan tingkat yang diberikan oleh angka n.

Efek Zeeman dan efek Stark

Dengan cara ini dimungkinkan untuk sepenuhnya menentukan orbit yang diberikan, berkat 3 nomor kuantum yang disebutkan dan dengan demikian menjelaskan keberadaan dua efek: efek Zeeman dan efek Stark.

Jadi dia menjelaskan penggandaan energi yang muncul dalam efek Zeeman normal (ada juga efek Zeeman yang anomali), di mana garis spektral dibagi menjadi beberapa komponen saat berada di hadapan medan magnet.

Penggandaan garis ini juga terjadi dengan adanya medan listrik, yang dikenal sebagai efek Stark, yang membuat Sommerfeld berpikir untuk memodifikasi model Bohr untuk menjelaskan efek ini.

Inti atom dan elektron bergerak mengelilingi pusat massanya

Setelah Ernest Rutherford menemukan inti atom dan fakta bahwa hampir semua massa atom terkonsentrasi di sana terungkap, para ilmuwan percaya bahwa inti atom kurang lebih diam.

Namun, Sommerfeld mendalilkan bahwa baik inti maupun elektron yang mengorbit bergerak mengelilingi pusat massa sistem, yang tentu saja sangat dekat dengan inti. Modelnya menggunakan massa tereduksi dari sistem inti elektron, bukan massa elektron.

Dalam orbit elips, seperti halnya planet-planet yang mengelilingi Matahari, ada kalanya elektron lebih dekat, dan di waktu lain lebih jauh dari inti. Oleh karena itu kecepatannya berbeda pada setiap titik dalam orbitnya.

Gambar 3. - Arnold Sommerfeld. Sumber: Wikimedia Commons. GFHund.

Elektron dapat mencapai kecepatan relativistik

Sommerfeld memperkenalkan ke dalam modelnya konstanta struktur halus, konstanta tak berdimensi yang terkait dengan gaya elektromagnetik:

α = 1 /137.0359895

Ini didefinisikan sebagai hasil bagi antara muatan elektron e kuadrat, dan produk dari konstanta Planck h dan kecepatan cahaya c dalam ruang hampa, semuanya dikalikan dengan 2π:

α = 2π (e ² / hc) = 1 /137.0359895

Konstanta struktur halus berhubungan dengan tiga konstanta terpenting dalam fisika atom. Yang lainnya adalah massa elektron, yang tidak tercantum di sini.

Dengan cara ini elektron dihubungkan dengan foton (bergerak dengan kecepatan c dalam ruang hampa), dan dengan demikian menjelaskan deviasi beberapa garis spektral atom hidrogen dari yang diprediksi oleh model Bohr.

Berkat koreksi relativistik, tingkat energi dengan n yang sama tetapi l berbeda dipisahkan, sehingga menghasilkan struktur spektrum yang halus, oleh karena itu dinamai konstanta α.

Dan semua karakteristik panjang atom dapat dinyatakan dalam konstanta ini.

Gambar 4. Kuantisasi momentum sudut L. Tidak seperti orbit lingkaran, elips memungkinkan lebih dari satu nilai L untuk setiap tingkat energi. Sumber: F. Zapata.

Keuntungan dan kerugian

Keuntungan

-Sommerfeld menunjukkan bahwa satu bilangan kuantum tidak cukup untuk menjelaskan garis spektral atom hidrogen.

-Ini adalah model pertama yang mengusulkan kuantisasi spasial, karena proyeksi orbit ke arah medan elektromagnetik, pada dasarnya, terkuantisasi.

-The Model Sommerfeld berhasil menjelaskan bahwa elektron dengan bilangan kuantum utama yang sama n berbeda dalam keadaan energi mereka, karena mereka dapat memiliki bilangan kuantum yang berbeda l dan m _L .

-Memperkenalkan konstanta α untuk mengembangkan struktur halus spektrum atom dan menjelaskan efek Zeeman.

-Termasuk efek relativistik, karena elektron dapat bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.

Kekurangan

-Model Anda hanya berlaku untuk atom dengan satu elektron dan dalam banyak hal untuk atom logam alkali seperti Li ²⁺ , tetapi tidak berguna untuk atom helium, yang memiliki dua elektron.

-Ini tidak menjelaskan distribusi elektronik di atom.

-Model memungkinkan untuk menghitung energi dari keadaan yang diizinkan dan frekuensi radiasi yang dipancarkan atau diserap dalam transisi antar keadaan, tanpa memberikan informasi tentang waktu transisi ini.

-Sekarang diketahui bahwa elektron tidak mengikuti lintasan dengan bentuk yang telah ditentukan seperti orbit, tetapi menempati orbital, daerah ruang yang sesuai dengan solusi persamaan Schrodinger.

-Model tersebut secara sewenang-wenang menggabungkan aspek klasik dengan aspek kuantum.

-Dia gagal menjelaskan anomali efek Zeeman, untuk ini diperlukan model Dirac, yang kemudian menambahkan bilangan kuantum lain.

Artikel yang menarik

Model atom Schrödinger.

Model atom De Broglie.

Model atom Chadwick.

Model atom Heisenberg.

Model atom Perrin.

Model atom Thomson.

Model atom Dalton.

Model atom Dirac Jordan.

Model atom dari Democritus.

Model atom Bohr.

Referensi

1. Brainkart. Model atom Sommerfeld dan kekurangannya. Diperoleh dari: brainkart.com.
2. Bagaimana Kita Mengenal Kosmos: Cahaya & Materi. Atom Sommerfeld. Diperoleh dari: thestargarden.co.uk
3. Parker, P. Atom Bohr-Sommerfeld. Diperoleh dari: physnet.org
4. Pojok Pendidikan. Model Sommerfeld. Diperoleh dari: rinconeducativo.com.
5. Wikipedia. Model atom Sommerfeld. Diperoleh dari: es.wikipedia, org.