I dag skal vi snakke om hva energinivået til atomet er, når en person kommer over dette konseptet, og hvor det brukes.
Skolefysikk
Folk møter naturvitenskap førstpå skolen. Og hvis barn i det syvende skoleåret fortsatt finner ny kunnskap i biologi og kjemi interessant, begynner de på videregående å bli redde. Når atomfysikkens tur kommer, inspirerer leksjonene i denne disiplinen allerede bare aversjon mot uforståelige problemer. 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 oppdage en annen skatt der. I dag skal vi snakke om et av de grunnleggende begrepene i atomfysikk, materiens struktur.
Udelelig, kompositt, kvante
Fra det gamle greske språket er ordet "atom" oversattsom "udelelig, minste". Dette synet er en konsekvens av vitenskapens historie. Noen gamle grekere og indere trodde at alt i verden består av bittesmå partikler.
I moderne historie har eksperimenter i kjemi vært detgjort mye tidligere enn fysisk forskning. 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 eksplosiver og krutt var det nødvendig å forstå hva de var laget av. Som et resultat fant forskerne ut at enkelte elementer ikke kan deles 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 endre seg er av kvantenatur. Dette er også bevist av overgangene til energinivåene til atomet.
Positiv og negativ
På slutten av det nittende århundre kom forskerne nærnærmet seg studiet av de minste materiepartiklene. For eksempel var det klart at et atom inneholder både positivt og negativt ladede komponenter. Men strukturen til atomet var ukjent: plasseringen, interaksjonen, forholdet mellom vekten av dets elementer forble et mysterium.
Rutherford leverte et alfapartikkelspredningseksperimenttynn gullfolie. Han fant ut at det er tunge positive elementer i sentrum av atomene, og svært lette negative elementer 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. Likevekten som opprettholdt nøytraliteten til hele systemet ble krenket, og atomet fikk en ladning.
Elektroner, protoner, nøytroner
Senere viste det seg:lette negative partikler er elektroner, og en tung positiv kjerne består av to 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 villige til å "ta bort" et elektron, og mindre elektronegative, som er mer sannsynlig å "gi opp" det. Slik dannes ladningen til et atom: hvis det er et overskudd av elektroner, så er det negativt, og hvis det er en mangel, så er det positivt.
Universets lang levetid
Men denne strukturen til atomet forvirret forskere.I følge den dominerende klassiske fysikken på den tiden måtte elektronet, som hele tiden beveget seg rundt i kjernen, kontinuerlig sende ut elektromagnetiske bølger. Siden denne prosessen betyr tap av energi, vil alle negative partikler snart miste hastigheten og falle på kjernen. Imidlertid har universet eksistert i svært lang tid, og en verdensomspennende katastrofe har ennå ikke skjedd. Paradokset med for gammel materie var i ferd med å brygge.
Plakater av Bora
Bohrs postulater var i stand til å forklare avviket.Da var dette bare utsagn, sprang 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 orbitalene (de såkalte nivåene) utføres ved et hopp, mens et kvantum av elektromagnetisk energi frigjøres eller absorberes.
Senere forklarte Plancks oppdagelse av kvante 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, desto større er det frigjorte eller absorberte kvantumet.
Som du vet, er lys et kvante.elektromagnetisk felt. 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 motsatte loven: når en elektromagnetisk bølge treffer et objekt, eksiterer den elektronene, og de beveger seg til en høyere orbital.
I tillegg kommer energinivåene til atometer individuelle for hver type kjemisk grunnstoff. Baneavstandsmønsteret er forskjellig for hydrogen og gull, wolfram og kobber, brom og svovel. Derfor bestemmer en analyse av utslippsspektrene til ethvert objekt (inkludert en stjerne) utvetydig hvilke stoffer og i hvilken mengde som er tilstede i den.
Denne metoden brukes utrolig mye. Spektralanalyse brukes:
- innen rettsmedisin;
- i mat- og vannkvalitetskontroll;
- i produksjon av varer;
- i etableringen av nye materialer;
- i forbedring av teknologier;
- i vitenskapelige eksperimenter;
- i studiet av stjernene.
Denne listen viser bare omtrentlig hvor myeoppdagelsen av elektroniske nivåer i atomet viste seg å være nyttig. De elektroniske nivåene er de groveste, de største. Det er mindre vibrasjonsnivåer og enda finere rotasjonsnivåer. Men de er bare relevante for komplekse forbindelser - molekyler og faste stoffer.
Jeg må si at strukturen til kjernen fortsatt ikke er detundersøkt til slutten. For eksempel er det ikke noe svar på spørsmålet om hvorfor et visst antall protoner tilsvarer akkurat et slikt antall nøytroner. Forskere antyder at atomkjernen også inneholder en slags analog av elektroniske nivåer. Dette er imidlertid ennå ikke bevist.
