Ma arról fogunk beszélni, hogy mi az atom energiaszintje, mikor találkozik valaki ezzel a fogalommal, és hol alkalmazzák.
Iskolai fizika
Az emberek először a természettudományokkal találkoznakiskolában. És ha az iskola hetedik évében a gyerekek még mindig érdekesnek találják az új ismereteket a biológiában és a kémiában, akkor a középiskolában félni kezdenek. Amikor eljön az atomfizika fordulata, ennek a tudományágnak a tanulságai már csak az érthetetlen problémákkal szembeni idegenkedést keltik. Érdemes azonban emlékezni arra, hogy minden felfedezésnek, amely mára unalmas iskolai tantárgyakká vált, van egy nem triviális története és hasznos alkalmazások egész arzenálja. Megtudni, hogyan működik a világ, olyan, mint kinyitni egy dobozt, amelyben valami érdekes van: mindig szeretne egy titkos rekeszt találni, és ott egy újabb kincset fedezni fel. Ma az atomfizika egyik alapfogalmáról, az anyag szerkezetéről lesz szó.
Oszthatatlan, összetett, kvantum
Az ókori görög nyelvből az "atom" szót fordítjákmint "oszthatatlan, legkisebb". Ez a nézet a tudománytörténet következménye. Egyes ókori görögök és indiánok azt hitték, hogy a világon minden apró részecskékből áll.
A modern történelemben a kémiai kísérletek voltaksokkal korábban készült, mint a fizikai kutatás. A tizenhetedik és tizennyolcadik század tudósai elsősorban egy ország, király vagy herceg katonai erejének növelésén dolgoztak. És ahhoz, hogy robbanóanyagokat és puskaport készítsenek, meg kellett érteni, miből készültek. Ennek eredményeként a kutatók rájöttek, hogy bizonyos elemeket nem lehet egy bizonyos szinten túl felosztani. Ez azt jelenti, hogy ott vannak a kémiai tulajdonságok legkisebb hordozói.
De tévedtek. Az atomról kiderült, hogy összetett részecske, változási képessége kvantum jellegű. Ezt bizonyítják az atom energiaszintjeinek átmenetei is.
Pozitív és negatív
A tizenkilencedik század végén a tudósok közel kerültekmegközelítette az anyag legkisebb részecskéinek tanulmányozását. Például világos volt, hogy egy atom pozitív és negatív töltésű komponenseket is tartalmaz. De az atom szerkezete ismeretlen volt: az atomok elhelyezkedése, kölcsönhatása, tömegaránya rejtély maradt.
Rutherford alfa-részecskeszórási kísérletet végzettvékony arany fólia. Megállapította, hogy az atomok közepén nehéz pozitív elemek, a széleken pedig nagyon könnyű negatív elemek találhatók. Ez azt jelenti, hogy a különböző töltések hordozói egymáshoz nem hasonló részecskék. Ez megmagyarázta az atomok töltését: egy elemet lehetett hozzáadni hozzájuk vagy eltávolítani. Az egész rendszer semlegességét fenntartó egyensúly megsérült, és az atom töltést kapott.
Elektronok, protonok, neutronok
Később kiderült:A könnyű negatív részecskék elektronok, a nehéz pozitív atommag pedig kétféle nukleonból (protonokból és neutronokból) áll. A protonok csak abban különböztek a neutronoktól, hogy az előbbiek pozitív töltésűek és nehézek, míg az utóbbiaknak csak tömegük volt. Az atommag összetételének és töltésének megváltoztatása nehéz: hihetetlen energiákat igényel. De egy atomot sokkal könnyebb elektronnal osztani. Több az elektronegatív atom, amely szívesebben "elveszi" az elektront, és kevésbé elektronegatív, amelyek nagyobb valószínűséggel "adják fel". Így keletkezik egy atom töltése: ha elektrontöbblet van, akkor negatív, ha hiány van, akkor pozitív.
Az univerzum hosszú élete
Az atomnak ez a szerkezete azonban megzavarta a tudósokat.Az akkoriban uralkodó klasszikus fizika szerint az elektronnak, amely állandóan az atommag körül mozgott, folyamatosan elektromágneses hullámokat kellett kibocsátania. Mivel ez a folyamat energiavesztéssel jár, ezért az összes negatív részecske hamarosan elveszti sebességét és a magra esne. Az univerzum azonban nagyon régóta létezik, és világméretű katasztrófa még nem történt. A túl régi anyag paradoxona kialakulóban volt.
Bora poszterjei
Bohr posztulátumai meg tudták magyarázni az eltérést.Akkor ezek csak kijelentések voltak, ugrások az ismeretlenbe, amelyeket nem támasztott alá sem számítás, sem elmélet. A posztulátumok szerint az atomban az elektronok energiaszintjei voltak. Minden negatív töltésű részecske csak ezen a szinten lehet. A pályák (az úgynevezett szintek) közötti átmenet ugrással történik, miközben elektromágneses energia kvantum szabadul fel vagy nyel el.
Később Planck felfedezése a kvantumról megmagyarázta az elektronok viselkedését.
Fény és atom
Az átmenethez szükséges energia mennyisége az atom energiaszintjei közötti távolságtól függ. Minél távolabb vannak egymástól, annál nagyobb a kibocsátott vagy elnyelt kvantum.
Mint tudod, a fény egy kvantum.elektromágneses mező. Így amikor egy elektron egy atomban magasabb szintről alacsonyabb szintre lép, fényt hoz létre. Ebben az esetben az ellenkező törvényszerűség is érvényesül: amikor egy elektromágneses hullám elér egy tárgyat, gerjeszti annak elektronjait, és azok magasabb pályára kerülnek.
Ezen kívül az atom energiaszintjeiminden egyes kémiai elemtípus esetében egyediek. A pályatávolság mintázata eltérő hidrogén és arany, volfrám és réz, bróm és kén esetében. Ezért bármely objektum (beleértve a csillagot is) emissziós spektrumának elemzése egyértelműen meghatározza, hogy milyen anyagok és milyen mennyiségben vannak benne.
Ezt a módszert hihetetlenül széles körben használják. Spektrális elemzést használnak:
- a kriminalisztika területén;
- élelmiszer- és vízminőség-ellenőrzésben;
- az áruk előállítása során;
- új anyagok létrehozásában;
- a technológiák fejlesztésében;
- tudományos kísérletekben;
- a csillagok tanulmányozásában.
Ez a lista csak nagyjából mutatja, hogy mennyithasznosnak bizonyult az elektronszintek felfedezése az atomban. Az elektronikus szintek a legdurvábbak, a legnagyobbak. Vannak kisebb rezgésszintek és még finomabb forgási szintek. De csak az összetett vegyületekre - molekulákra és szilárd anyagokra - vonatkoznak.
Azt kell mondanom, hogy a kernel szerkezete még mindig nema végéig kutatott. Például nincs válasz arra a kérdésre, hogy miért felel meg bizonyos számú protonnak éppen ennyi neutronnak. A tudósok szerint az atommag az elektronikus szintek egyfajta analógját is tartalmazza. Ezt azonban még nem sikerült bebizonyítani.
