I dag skal vi fortelle deg om hva energinivået til et atom er, når en person møter dette konseptet, og hvor det brukes.
Skolefysikk
Folk møter naturfag først på skolen. Og hvis barn i det syvende studieåret fortsatt finner ny kunnskap i biologi og kjemi interessant, begynner de å bli redde i seniorklassene. Når atomfysikkens tur kommer, inspirerer leksjoner i denne disiplinen allerede bare avsky for uforståelige oppgaver. Det er imidlertid verdt å huske at alle oppdagelsene som nå har blitt til kjedelige skolefag har en ikke-triviell historie og et helt arsenal av nyttige applikasjoner. Å finne ut hvordan verden fungerer er som å åpne en boks med noe interessant inni: du vil alltid finne et hemmelig rom og finne en annen skatt der. I dag skal vi snakke om et av grunnbegrepene i atomfysikk, materiens struktur.
Udelelig, sammensatt, kvante
Fra det gamle greske språket er ordet "atom" oversatt med "udelelig, minste". Dette synet er en konsekvens av vitenskapens historie. Noen gamle grekere og indere trodde at alt i verden var bygd opp av bittesmå partikler.
I moderne historie ble eksperimenter i kjemi gjort mye tidligere enn fysiskforskning. Forskere fra det syttende og attende århundre arbeidet først og fremst for å øke den militære makten til et land, en konge eller en hertug. Og for å lage sprengstoff og krutt var det nødvendig å forstå hva de består av. Som et resultat fant forskerne at noen elementer ikke kan skilles utover et visst nivå. Dette betyr at det er de minste bærerne av kjemiske egenskaper.
Men de tok feil. Atomet viste seg å være en sammensatt partikkel, og dets evne til å forandre seg er av kvantenatur. Dette er bevist av overgangene til energinivåene til atomet.
Positivt og negativt
På slutten av det nittende århundre var forskere nærme på å studere de minste materiepartiklene. For eksempel var det klart at et atom inneholder både positivt og negativt ladede komponenter. Men strukturen til atomet var ukjent: arrangementet, interaksjonen, forholdet mellom vekten av dets elementer forble et mysterium.
Rutherford satte opp et eksperiment på spredning av alfapartikler med tynn gullfolie. Han fant at i sentrum av atomene er tunge positive elementer, og svært lette negative er plassert i kantene. Dette betyr at bærerne av ulike ladninger er partikler som ikke ligner hverandre. Dette forklarte ladningen til atomer: et element kan legges til dem eller fjernes. Balansen som holdt hele systemet nøytr alt ble brutt, og atomet fikk en ladning.
Elektroner, protoner, nøytroner
Senere viste det seg: lette negative partikler er elektroner, og en tung positiv kjerne består avto typer nukleoner (protoner og nøytroner). Protoner skilte seg fra nøytroner bare ved at førstnevnte var positivt ladet og tunge, mens sistnevnte bare hadde masse. Å endre sammensetningen og ladningen til kjernen er vanskelig: det krever utrolige energier. Men et atom er mye lettere å dele med et elektron. Det er flere elektronegative atomer, som er mer sannsynlig å "ta bort" et elektron, og mindre elektronegative, som er mer sannsynlig å "gi" det bort. Slik dannes ladningen til et atom: hvis det er et overskudd av elektroner, så er det negativt, og hvis det er mangel, så er det positivt.
Universets lang levetid
Men denne strukturen til atomet forvirret forskere. I følge den klassiske fysikken som rådde på den tiden, måtte et elektron, som hele tiden beveget seg rundt kjernen, kontinuerlig utstråle elektromagnetiske bølger. Siden denne prosessen betyr tap av energi, vil alle negative partikler snart miste hastigheten og falle på kjernen. Imidlertid har universet eksistert veldig lenge, og den globale katastrofen har ennå ikke skjedd. Paradokset med for gammel materie var under oppsikt.
Bohrs postulater
Bohrs postulater kan forklare avviket. Da var de bare påstander, hopp ut i det ukjente, som ikke ble støttet av beregninger eller teorier. I følge postulatene var det energinivåer av elektroner i atomet. Hver negativt ladet partikkel kan bare være på disse nivåene. Overgangen mellom orbitaler (de såk alte nivåene) utføres ved et hopp, mens et kvantum av elektromagnetisk energi frigjøres eller absorberes.energi.
Senere forklarte Plancks oppdagelse av kvantum denne oppførselen til elektroner.
Lys og atom
Mengden energi som kreves for overgangen, avhenger av avstanden mellom energinivåene til atomet. Jo lenger de er fra hverandre, jo mer emittert eller absorbert kvante.
Som du vet, er lys kvantumet til det elektromagnetiske feltet. Således, når et elektron i et atom beveger seg fra et høyere til et lavere nivå, skaper det lys. I dette tilfellet gjelder også den omvendte loven: når en elektromagnetisk bølge faller på et objekt, eksiterer den elektronene, og de beveger seg til en høyere orbital.
I tillegg er energinivåene til atomet individuelle for hver type kjemisk grunnstoff. Mønsteret av avstander mellom orbitaler er forskjellig for hydrogen og gull, wolfram og kobber, brom og svovel. Derfor bestemmer en analyse av utslippsspektrene til ethvert objekt (inkludert stjerner) entydig hvilke stoffer og i hvilken mengde som er tilstede i det.
Denne metoden brukes utrolig mye. Spektrumanalyse brukt:
- i rettsmedisin;
- i mat- og vannkvalitetskontroll;
- i produksjon av varer;
- ved å lage nytt materiale;
- for å forbedre teknologien;
- i vitenskapelige eksperimenter;
- i utforskningen av stjernene.
Denne listen viser bare grovt hvor nyttig oppdagelsen av elektroniske nivåer i atomet har vært. Elektroniske nivåer er de råeste, de største. Det er mindrevibrasjons- og enda mer subtile rotasjonsnivåer. Men de er bare relevante for komplekse forbindelser - molekyler og faste stoffer.
Det må sies at strukturen til kjernen ennå ikke er fullt ut utforsket. For eksempel er det ikke noe svar på spørsmålet om hvorfor et slikt antall nøytroner tilsvarer et visst antall protoner. Forskere antyder at atomkjernen også inneholder noen analoger av elektroniske nivåer. Dette er imidlertid ikke bevist ennå.
