خصلت موجی مواد

همانطور كه نور هم دارای خصلت موجی و هم دارای خصلت ذره ای است ماده نیز طبیعتی دوگانه دارد، یعنی با ماده نیز می توان هم به صورت موج و هم به صورت ذره برخورد كرد یا معادلا ماده از خود هم رفتار ذره ای و هم رفتار موجی نشان می دهد. این خصوصیت مواد در تئوری دوگانگی موج- ذره (Wave- Particle Duality) بیان می شود. آزمایشهای مربوطه را بعدا در بخش رفتار موجی ماده از درس شیمی معدنی و عمومی خواهیم دید. درک و تحلیل کامل رفتار موجی ماده نیازمند معلومات فیزیکی و ریاضی سطح بالا است و ما به یک بحث و اشاره ابتدایی بسنده می کنیم. یکی از ساده ترین روابط برای بیان خواص موجی ماده رابطه دوبروی است که در ادامه با آن آشنا می شویم.

خصلت موجی ماده برای اولین بار در سال 1924 توسط دوبروی پیشنهاد شد. بر مبنای رابطه دوبروی ماده با جرم m که با سرعت V در حال حرکت است، رفتار موجی دارد و دارای طول موج است كه به صورت زیر از رابطه ی دوبروی بدست می آید:

دوبروی (Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th duc de Broglie(15 August 1892 – 19 March 1987))

مثال : طول موج الكترون در مدار اول اتم هیدروژن را برمبنای سرعت بدست آمده از مدل اتمی بور و با استفاده از رابطه دوبروی حساب كنید. در مدل اتمی بور برای سرعت الکترون داریم:

حل:

*****

با توجه به رابطه ی دوبروی طول موج و جرم ماده باهم رابطه ی معكوس دارند. برای اشیا معمولی با جرم های معمولی طول موج به حدی كوچك است كه از خصلت موجی مواد با اندازه معمولی می توان صرف نظر كرد. برای اشیایی به كوچكی الكترون با جرم ناچیز طول موج نسبت داده شده خیلی كوچك نیست و خصلت موجی در تحلیل اشیایی به كوچكی الكترون مهم است. به عبارتی نباید به اشیایی به كوچكی الكترون تنها به عنوان یك ذره نگاه شود، بلكه بایستی در نظر گرفت كه خصلت موجی نیز دارند.

جرم و انرژی بهمدیگر قابل تبدیل هستند و پدیده های فراوانی مثل واکنشهای هسته ای در ستارگان داریم که در آنها جرم به انرژی یا بالعکس انرژی به جرم تبدیل می شود ( فرمول معروف اینشتین E=mc²  را بخاطر می آورید؟). از این رو می توانیم جرم و ماده را صورتی از انرژی در نظر بگیریم. بعبارتی می توان ماده را انرژی محبوس شده در یک مکان مشخص در نظر گرفت. حال در صورتیکه این مکان بطور نسبی کوچک باشد، ماده را بصورت متمرکز و ذره مانند خواهیم دید، در حالیکه اگر مکان محبوس کننده انرژی بطور نسبی بزرگ باشد، ماده را بصورت پخش و موج مانند خواهیم دید. طول موج بدست آمده از رابطه دوبروی را می توان معیاری برای بزرگی و کوچکی این مکان در نظر گرفت. در مورد الکترون در اتم مکان مذکور برای الکترون در حد ابعاد اتم است و بنابراین الکترون در اتم بصورت پخش و موج مانند در نظر گرفته می شود.

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||