Oggi vi parleremo di qual è il livello di energia dell'atomo, quando una persona si trova di fronte a questo concetto e dove viene applicato.
Fisica scolastica
Gli esseri umani incontrano per la prima volta le scienze naturalia scuola. E se al settimo anno di studio, i bambini trovano ancora interessanti nuove conoscenze in biologia e chimica, al liceo iniziano ad avere paura. Quando arriva il turno della fisica atomica, le lezioni in questa disciplina ispirano già solo avversione a problemi incomprensibili. Tuttavia, vale la pena ricordare che tutte le scoperte che ora si sono trasformate in noiose materie scolastiche hanno una storia non banale e un intero arsenale di applicazioni utili. Scoprire come funziona il mondo è come aprire una scatola con dentro qualcosa di interessante: vuoi sempre trovare uno scompartimento segreto e scoprirne un altro tesoro. Oggi parleremo di uno dei concetti base della fisica atomica, la struttura della materia.
Indivisibile, composito, quantistico
Dall'antica lingua greca, la parola "atomo" è tradottacome "indivisibile, il più piccolo". Questa visione è una conseguenza della storia della scienza. Alcuni antichi greci e indiani credevano che tutto nel mondo fosse costituito da minuscole particelle.
Nella storia moderna, gli esperimenti di chimica sono statifatto molto prima della ricerca fisica. Gli studiosi del XVII e XVIII secolo lavorarono principalmente per aumentare il potere militare di un paese, re o duca. E per creare esplosivi e polvere da sparo, era necessario capire di cosa erano fatti. Di conseguenza, i ricercatori hanno scoperto che alcuni elementi non possono essere divisi oltre un certo livello. Ciò significa che esistono i portatori più piccoli di proprietà chimiche.
Ma si sbagliavano. L'atomo si è rivelato una particella composita e la sua capacità di cambiare è di natura quantistica. Ciò è evidenziato dalle transizioni dei livelli di energia dell'atomo.
Positivo e negativo
Alla fine del diciannovesimo secolo, gli scienziati da vicinosi avvicinò allo studio delle più piccole particelle di materia. Ad esempio, era chiaro che un atomo contiene componenti caricati sia positivamente che negativamente. Ma la struttura dell'atomo era sconosciuta: la posizione, l'interazione, il rapporto tra il peso dei suoi elementi rimanevano un mistero.
Rutherford ha organizzato un esperimento sulla diffusione di particelle alfasottile lamina d'oro. Ha scoperto che ci sono elementi positivi pesanti al centro degli atomi e elementi negativi molto leggeri si trovano ai bordi. Ciò significa che i portatori di cariche diverse sono particelle non simili tra loro. Questo spiegava la carica degli atomi: un elemento poteva essere aggiunto o rimosso. L'equilibrio che manteneva la neutralità dell'intero sistema è stato violato e l'atomo ha acquisito una carica.
Elettroni, protoni, neutroni
Successivamente si è scoperto: le particelle negative leggere sono elettroni e un nucleo positivo pesante è costituito da due tipi di nucleoni (protoni e neutroni). I protoni differivano dai neutroni solo per il fatto che i primi erano carichi positivamente e pesanti, mentre i secondi avevano solo massa. Cambiare la composizione e la carica del nucleo è difficile: richiede energie incredibili. Ma un atomo è molto più facile da dividere per un elettrone. Ci sono più atomi elettronegativi, che sono più disposti a "portare via" un elettrone, e meno elettronegativi, che hanno maggiori probabilità di "rinunciarvi". È così che si forma la carica di un atomo: se c'è un eccesso di elettroni, allora è negativo, e se c'è una carenza, allora è positivo.
Lunga vita dell'universo
Ma questa struttura dell'atomo ha lasciato perplessi gli scienziati. Secondo la fisica classica dominante a quel tempo, l'elettrone, che si muoveva continuamente attorno al nucleo, doveva emettere continuamente onde elettromagnetiche. Poiché questo processo implica una perdita di energia, tutte le particelle negative perderebbero presto la loro velocità e cadranno sul nucleo. Tuttavia, l'universo esiste da molto tempo e la catastrofe globale non si è ancora verificata. Il paradosso di una materia troppo vecchia si stava preparando.
Posterati di Bora
I postulati di Bohr sono stati in grado di spiegare la discrepanza.Allora queste erano solo affermazioni, salti nell'ignoto, che non erano supportati da calcoli o teoria. Secondo i postulati, c'erano livelli di energia degli elettroni nell'atomo. Ogni particella caricata negativamente potrebbe essere solo a questi livelli. La transizione tra gli orbitali (i cosiddetti livelli) viene eseguita da un salto, mentre un quanto di energia elettromagnetica viene rilasciato o assorbito.
Successivamente, la scoperta del quanto di Planck ha spiegato questo comportamento degli elettroni.
Luce e atomo
La quantità di energia richiesta per la transizione dipende dalla distanza tra i livelli di energia dell'atomo. Più sono lontani l'uno dall'altro, maggiore è il quanto rilasciato o assorbito.
Come sai, la luce è un quanto.campo elettromagnetico. Pertanto, quando un elettrone in un atomo si sposta da un livello superiore a uno inferiore, crea luce. In questo caso, si applica anche la legge opposta: quando un'onda elettromagnetica colpisce un oggetto, eccita i suoi elettroni e si spostano su un orbitale più alto.
Inoltre, i livelli di energia dell'atomosono individuali per ogni tipo di elemento chimico. Il modello delle distanze tra gli orbitali è diverso per idrogeno e oro, tungsteno e rame, bromo e zolfo. Pertanto, un'analisi degli spettri di emissione di qualsiasi oggetto (inclusa una stella) determina in modo univoco quali sostanze e in quale quantità sono presenti in esso.
Questo metodo è utilizzato in modo incredibilmente ampio. Viene utilizzata l'analisi spettrale:
- in medicina legale;
- nel controllo della qualità del cibo e dell'acqua;
- nella produzione di merci;
- nella creazione di nuovi materiali;
- nel miglioramento delle tecnologie;
- in esperimenti scientifici;
- nello studio delle stelle.
Questo elenco mostra solo approssimativamente quantola scoperta dei livelli elettronici nell'atomo si è rivelata utile. I livelli elettronici sono i più grossolani, i più grandi. Ci sono livelli vibrazionali più piccoli e livelli rotazionali ancora più fini. Ma sono rilevanti solo per composti complessi: molecole e solidi.
Devo dire che la struttura del kernel ancora non lo èricercato fino alla fine. Ad esempio, non c'è risposta alla domanda sul perché un certo numero di protoni corrisponda a un tale numero di neutroni. Gli scienziati suggeriscono che il nucleo atomico contiene anche una sorta di analogo dei livelli elettronici. Tuttavia, questo non è stato ancora dimostrato.
