Dzisiaj opowiemy Ci, jaki jest poziom energetyczny atomu, kiedy osoba napotyka tę koncepcję i gdzie jest stosowana.
Fizyka szkolna
Ludzie po raz pierwszy spotykają się z nauką w szkole. A jeśli na siódmym roku studiów dzieci nadal interesują się nową wiedzą z biologii i chemii, to w klasach starszych zaczynają się bać. Kiedy przychodzi kolej na fizykę atomową, lekcje tej dyscypliny już wzbudzają jedynie wstręt do niezrozumiałych zadań. Warto jednak pamiętać, że wszystkie odkrycia, które obecnie zamieniły się w nudne przedmioty szkolne, mają nietrywialną historię i cały arsenał przydatnych zastosowań. Odkrywanie, jak działa świat, jest jak otwieranie pudełka, w którym jest coś ciekawego: zawsze chcesz znaleźć tajną przegródkę i znaleźć tam kolejny skarb. Dzisiaj porozmawiamy o jednym z podstawowych pojęć fizyki atomowej, strukturze materii.
Niepodzielny, złożony, kwantowy
W starożytnym języku greckim słowo "atom" jest tłumaczone jako "niepodzielny, najmniejszy". Pogląd ten jest konsekwencją historii nauki. Niektórzy starożytni Grecy i Indianie wierzyli, że wszystko na świecie składa się z maleńkich cząstek.
We współczesnej historii eksperymenty chemiczne były przeprowadzane znacznie wcześniej niż fizyczneBadania. Uczeni XVII i XVIII wieku pracowali przede wszystkim nad zwiększeniem potęgi militarnej państwa, króla lub księcia. A żeby stworzyć materiały wybuchowe i proch strzelniczy, trzeba było zrozumieć, z czego się składają. W rezultacie naukowcy odkryli, że niektórych elementów nie można oddzielić poza pewien poziom. Oznacza to, że istnieją najmniejsze nośniki właściwości chemicznych.
Ale oni się mylili. Atom okazał się cząstką złożoną, a jego zdolność do zmian ma charakter kwantowy. Świadczą o tym przejścia poziomów energetycznych atomu.
Pozytywne i negatywne
Pod koniec XIX wieku naukowcy byli bliscy zbadania najmniejszych cząstek materii. Na przykład było jasne, że atom zawiera zarówno składniki naładowane dodatnio, jak i ujemnie. Ale struktura atomu była nieznana: układ, oddziaływanie, stosunek masy jego pierwiastków pozostawał tajemnicą.
Rutherford zorganizował eksperyment dotyczący rozpraszania cząstek alfa przez cienką złotą folię. Odkrył, że w centrum atomów znajdują się ciężkie pierwiastki dodatnie, a na krawędziach znajdują się bardzo lekkie pierwiastki ujemne. Oznacza to, że nośnikami różnych ładunków są cząstki, które nie są do siebie podobne. To wyjaśniało ładunek atomów: można było do nich dodać lub usunąć pierwiastek. Równowaga, która utrzymywała cały system w stanie neutralnym, została złamana, a atom nabrał ładunku.
Elektrony, protony, neutrony
Później się okazało: lekkie ujemne cząstki to elektrony, a ciężkie dodatnie jądro składa się zdwa rodzaje nukleonów (protony i neutrony). Protony różniły się od neutronów tylko tym, że te pierwsze były naładowane dodatnio i ciężkie, podczas gdy te drugie miały tylko masę. Zmiana składu i ładunku jądra jest trudna: wymaga niesamowitych energii. Ale atom znacznie łatwiej podzielić przez elektron. Jest więcej atomów elektroujemnych, które z większym prawdopodobieństwem „odbiorą” elektron, a mniej elektroujemnych, które z większym prawdopodobieństwem go „oddają”. Tak powstaje ładunek atomu: jeśli jest nadmiar elektronów, to jest ujemny, a jeśli jest niedobór, to dodatni.
Długie życie wszechświata
Ale ta struktura atomu zaskoczyła naukowców. Zgodnie z panującą wówczas fizyką klasyczną, elektron, który nieustannie poruszał się wokół jądra, musiał nieustannie promieniować falami elektromagnetycznymi. Ponieważ proces ten oznacza utratę energii, wszystkie ujemne cząstki wkrótce straciłyby swoją prędkość i spadłyby na jądro. Jednak wszechświat istnieje od bardzo dawna, a globalna katastrofa jeszcze nie nastąpiła. Powstawał paradoks zbyt starej materii.
postulaty Bohra
Postawy Bohra mogą wyjaśnić tę rozbieżność. Wtedy były już tylko twierdzeniami, skokami w nieznane, które nie były poparte obliczeniami ani teorią. Zgodnie z postulatami w atomie były poziomy energetyczne elektronów. Każda ujemnie naładowana cząstka mogła znajdować się tylko na tych poziomach. Przejście między orbitalami (tzw. poziomami) odbywa się poprzez skok, podczas gdy kwant energii elektromagnetycznej jest uwalniany lub absorbowany.energia.
Później odkrycie kwantu przez Plancka wyjaśniło to zachowanie elektronów.
Światło i atom
Ilość energii wymagana do przejścia zależy od odległości między poziomami energii atomu. Im dalej od siebie, tym więcej emitowanego lub pochłanianego kwantu.
Jak wiesz, światło jest kwantem pola elektromagnetycznego. Tak więc, gdy elektron w atomie przemieszcza się z wyższego na niższy poziom, wytwarza światło. W tym przypadku obowiązuje również odwrotne prawo: kiedy fala elektromagnetyczna pada na obiekt, wzbudza on jego elektrony i przemieszczają się one na wyższą orbitę.
Ponadto poziomy energetyczne atomu są indywidualne dla każdego rodzaju pierwiastka chemicznego. Wzorzec odległości między orbitalami jest inny dla wodoru i złota, wolframu i miedzi, bromu i siarki. Dlatego analiza widm emisyjnych dowolnego obiektu (w tym gwiazd) jednoznacznie określa, jakie substancje i w jakiej ilości są w nim obecne.
Ta metoda jest niezwykle szeroko stosowana. Zastosowana analiza widma:
- w kryminalistyce;
- w kontroli jakości żywności i wody;
- w produkcji towarów;
- w tworzeniu nowych materiałów;
- w ulepszaniu technologii;
- w eksperymentach naukowych;
- w eksploracji gwiazd.
Ta lista tylko w przybliżeniu pokazuje, jak przydatne było odkrycie poziomów elektronowych w atomie. Niwelatory elektroniczne są najsurowsze, największe. Są mniejszewibracyjne, a nawet bardziej subtelne poziomy rotacyjne. Ale mają one znaczenie tylko dla złożonych związków - cząsteczek i ciał stałych.
Należy powiedzieć, że struktura jądra nie została jeszcze w pełni zbadana. Na przykład nie ma odpowiedzi na pytanie, dlaczego taka liczba neutronów odpowiada określonej liczbie protonów. Naukowcy sugerują, że jądro atomowe zawiera również pewien odpowiednik poziomów elektronicznych. Jednak nie zostało to jeszcze udowodnione.
