Heute werden wir Ihnen erzählen, wie hoch das Energieniveau des Atoms ist, wann eine Person mit diesem Konzept konfrontiert ist und wo es angewendet wird.
Schulphysik
Der Mensch begegnet zuerst den Naturwissenschaftenin der Schule. Und wenn Kinder im siebten Studienjahr immer noch neue Kenntnisse in Biologie und Chemie interessant finden, dann haben sie in der High School Angst. Wenn die Atomphysik an die Reihe kommt, wecken die Lektionen in dieser Disziplin bereits nur eine Abneigung gegen unverständliche Probleme. Es sei jedoch daran erinnert, dass alle Entdeckungen, die jetzt zu langweiligen Schulfächern geworden sind, eine nicht triviale Geschichte und ein ganzes Arsenal nützlicher Anwendungen haben. Herauszufinden, wie die Welt funktioniert, ist wie das Öffnen einer Schachtel mit etwas Interessantem: Sie möchten immer ein Geheimfach finden und dort einen anderen Schatz entdecken. Heute werden wir über eines der Grundkonzepte der Atomphysik sprechen, die Struktur der Materie.
Unteilbar, zusammengesetzt, Quanten
Aus der altgriechischen Sprache wird das Wort "Atom" übersetztals "unteilbar, kleinste". Diese Ansicht ist eine Folge der Wissenschaftsgeschichte. Einige alte Griechen und Inder glaubten, dass alles auf der Welt aus winzigen Teilchen besteht.
In der modernen Geschichte wurden Experimente in der Chemie durchgeführtviel früher als physikalische Forschung gemacht. Gelehrte des 17. und 18. Jahrhunderts arbeiteten hauptsächlich daran, die militärische Macht eines Landes, eines Königs oder eines Herzogs zu stärken. Und um Sprengstoff und Schießpulver herzustellen, musste man verstehen, woraus sie bestehen. Infolgedessen stellten die Forscher fest, dass einige Elemente nicht über ein bestimmtes Niveau hinaus unterteilt werden können. Dies bedeutet, dass es die kleinsten Träger chemischer Eigenschaften gibt.
Aber sie haben sich geirrt. Es stellte sich heraus, dass das Atom ein zusammengesetztes Teilchen ist, und seine Fähigkeit zur Veränderung ist quantenhafter Natur. Dies wird durch die Übergänge der Energieniveaus des Atoms belegt.
Positiv und negativ
Am Ende des neunzehnten Jahrhunderts eng Wissenschaftlernäherte sich der Untersuchung der kleinsten Materieteilchen. Zum Beispiel war klar, dass ein Atom sowohl positiv als auch negativ geladene Komponenten enthält. Die Struktur des Atoms war jedoch unbekannt: Der Ort, die Wechselwirkung und das Verhältnis des Gewichts seiner Elemente blieben ein Rätsel.
Rutherford führte ein Experiment zur Streuung von Alpha-Partikeln durchdünne Goldfolie. Er fand heraus, dass sich im Zentrum der Atome schwere positive Elemente befinden und sich an den Rändern sehr leichte negative Elemente befinden. Dies bedeutet, dass die Träger unterschiedlicher Ladungen Teilchen sind, die einander nicht ähnlich sind. Dies erklärte die Ladung der Atome: Ein Element könnte ihnen hinzugefügt oder entfernt werden. Das Gleichgewicht, das die Neutralität des gesamten Systems aufrechterhielt, wurde verletzt und das Atom erhielt eine Ladung.
Elektronen, Protonen, Neutronen
Später stellte sich heraus:leichte negative Teilchen sind Elektronen, und ein schwerer positiver Kern besteht aus zwei Arten von Nukleonen (Protonen und Neutronen). Protonen unterschieden sich von Neutronen nur darin, dass erstere positiv geladen und schwer waren, während letztere nur Masse hatten. Die Zusammensetzung und Ladung des Kerns zu ändern ist schwierig: Es erfordert unglaubliche Energien. Aber ein Atom ist viel einfacher durch ein Elektron zu teilen. Es gibt mehr elektronegative Atome, die eher bereit sind, ein Elektron „wegzunehmen“, und weniger elektronegative, die es eher „aufgeben“. So entsteht die Ladung eines Atoms: Bei Elektronenüberschuss ist sie negativ, bei Mangel positiv.
Langes Leben des Universums
Aber diese Struktur des Atoms verwirrte die Wissenschaftler.Nach der damals vorherrschenden klassischen Physik musste das Elektron, das sich ständig um den Kern bewegte, ständig elektromagnetische Wellen aussenden. Da dieser Vorgang einen Energieverlust bedeutet, würden bald alle negativen Teilchen ihre Geschwindigkeit verlieren und auf den Kern fallen. Das Universum existiert jedoch schon sehr lange und eine weltweite Katastrophe ist noch nicht eingetreten. Das Paradox der zu alten Materie braute sich zusammen.
Posen von Bora
Bohrs Postulate konnten die Diskrepanz erklären.Das waren dann nur Aussagen, Sprünge ins Unbekannte, die weder durch Berechnungen noch durch Theorie gestützt wurden. Den Postulaten zufolge gab es im Atom Energieniveaus von Elektronen. Jedes negativ geladene Teilchen konnte sich nur auf diesen Ebenen befinden. Der Übergang zwischen den Orbitalen (den sogenannten Levels) erfolgt durch einen Sprung, während ein Quantum elektromagnetischer Energie freigesetzt oder absorbiert wird.
Später erklärte Plancks Entdeckung des Quants dieses Verhalten der Elektronen.
Licht und Atom
Die für den Übergang benötigte Energiemenge hängt vom Abstand der Energieniveaus des Atoms ab. Je weiter sie voneinander entfernt sind, desto größer ist das freigesetzte oder absorbierte Quantum.
Licht ist bekanntlich ein Quantum.elektromagnetisches Feld. Wenn sich also ein Elektron in einem Atom von einer höheren zu einer niedrigeren Ebene bewegt, erzeugt es Licht. Auch hier gilt das umgekehrte Gesetz: Trifft eine elektromagnetische Welle auf ein Objekt, regt sie dessen Elektronen an und diese bewegen sich in eine höhere Umlaufbahn.
Außerdem sind die Energieniveaus des Atomssind für jede Art von chemischen Elementen individuell. Das Muster der Abstände zwischen den Orbitalen ist für Wasserstoff und Gold, Wolfram und Kupfer, Brom und Schwefel unterschiedlich. Daher bestimmt eine Analyse der Emissionsspektren eines beliebigen Objekts (einschließlich eines Sterns) eindeutig, welche Substanzen und in welcher Menge darin enthalten sind.
Diese Methode wird unglaublich häufig verwendet. Die Spektralanalyse wird verwendet:
- in der Forensik;
- bei der Lebensmittel- und Wasserqualitätskontrolle;
- bei der Herstellung von Waren;
- bei der Schaffung neuer Materialien;
- bei der Verbesserung von Technologien;
- bei wissenschaftlichen Experimenten;
- beim Studium der Sterne.
Diese Liste zeigt nur grob, wie vieldie Entdeckung der elektronischen Niveaus im Atom erwies sich als nützlich. Die elektronischen Wasserwaagen sind die gröbsten, die größten. Es gibt kleinere Schwingungsniveaus und noch feinere Rotationsniveaus. Sie sind jedoch nur für komplexe Verbindungen relevant - Moleküle und Feststoffe.
Ich muss sagen, dass die Struktur des Kernels noch nicht istbis zum Schluss recherchiert. So lässt sich beispielsweise die Frage nicht beantworten, warum einer bestimmten Anzahl von Protonen gerade eine solche Anzahl von Neutronen entspricht. Wissenschaftler vermuten, dass der Atomkern auch eine Art Analogon der elektronischen Niveaus enthält. Dies ist jedoch noch nicht bewiesen.
