Astăzi vă vom spune despre care este nivelul de energie al unui atom, când o persoană întâlnește acest concept și unde este aplicat.
Fizică școlară
Oamenii întâlnesc pentru prima dată știința la școală. Și dacă în al șaptelea an de studiu, copiii încă găsesc noile cunoștințe în biologie și chimie interesante, atunci la clasele superioare încep să le fie frică. Când vine rândul fizicii atomice, lecțiile din această disciplină inspiră deja doar dezgust pentru sarcini de neînțeles. Cu toate acestea, merită să ne amintim că toate descoperirile care s-au transformat acum în materii școlare plictisitoare au o istorie nebanală și un întreg arsenal de aplicații utile. A afla cum funcționează lumea este ca și cum ai deschide o cutie cu ceva interesant înăuntru: vrei mereu să găsești un compartiment secret și să găsești o altă comoară acolo. Astăzi vom vorbi despre unul dintre conceptele de bază ale fizicii atomice, structura materiei.
Indivizibil, compus, cuantic
Din limba greacă veche, cuvântul „atom” este tradus ca „indivizibil, cel mai mic”. Această viziune este o consecință a istoriei științei. Unii greci și indieni antici credeau că totul în lume este alcătuit din particule minuscule.
În istoria modernă, experimentele în chimie au fost făcute mult mai devreme decât cele fizicecercetare. Savanții din secolele al XVII-lea și al XVIII-lea au lucrat în primul rând pentru a crește puterea militară a unei țări, rege sau duce. Și pentru a crea explozivi și praf de pușcă, a fost necesar să înțelegem în ce constau acestea. Drept urmare, cercetătorii au descoperit că unele elemente nu pot fi separate dincolo de un anumit nivel. Aceasta înseamnă că există cei mai mici purtători de proprietăți chimice.
Dar s-au înșelat. Atomul s-a dovedit a fi o particulă compozită, iar capacitatea sa de a se schimba este de natură cuantică. Acest lucru este evidențiat de tranzițiile nivelurilor de energie ale atomului.
Pozitive și negative
La sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au fost aproape de a studia cele mai mici particule de materie. De exemplu, era clar că un atom conține atât componente încărcate pozitiv, cât și negative. Dar structura atomului era necunoscută: aranjamentul, interacțiunea, raportul dintre greutatea elementelor sale au rămas un mister.
Rutherford a pus bazele unui experiment privind împrăștierea particulelor alfa prin folie subțire de aur. El a descoperit că în centrul atomilor se află elemente pozitive grele, iar la margini sunt situate cele negative foarte ușoare. Aceasta înseamnă că purtătorii diferitelor sarcini sunt particule care nu sunt similare între ele. Aceasta explica încărcarea atomilor: un element putea fi adăugat la ei sau îndepărtat. Echilibrul care a menținut întregul sistem neutru a fost rupt, iar atomul a căpătat o sarcină.
Electroni, protoni, neutroni
Mai târziu s-a dovedit: particulele negative ușoare sunt electroni, iar un nucleu pozitiv greu este format dindouă tipuri de nucleoni (protoni și neutroni). Protonii diferă de neutroni doar prin faptul că primii erau încărcați pozitiv și grei, în timp ce cei din urmă aveau doar masă. Modificarea compoziției și a încărcăturii nucleului este dificilă: necesită energii incredibile. Dar un atom este mult mai ușor de împărțit cu un electron. Există mai mulți atomi electronegativi, care au mai multe șanse de a „lua” un electron, și alții mai puțini electronegativi, care au mai multe șanse să-l „dea”. Așa se formează sarcina unui atom: dacă există un exces de electroni, atunci este negativ, iar dacă există o lipsă, atunci este pozitiv.
Viața lungă a universului
Dar această structură a atomului i-a nedumerit pe oamenii de știință. Conform fizicii clasice care predomina la acea vreme, un electron, care se mișca constant în jurul nucleului, trebuia să radieze continuu unde electromagnetice. Deoarece acest proces înseamnă o pierdere de energie, toate particulele negative își vor pierde în curând viteza și vor cădea pe nucleu. Cu toate acestea, universul există de foarte mult timp, iar catastrofa globală nu a avut loc încă. Paradoxul materiei prea vechi se făcea.
postulatele lui Bohr
Postulatele lui Bohr ar putea explica discrepanța. Atunci erau doar afirmații, sărituri în necunoscut, care nu erau susținute de calcule sau teorie. Conform postulatelor, în atom existau niveluri de energie ale electronilor. Fiecare particulă încărcată negativ ar putea fi doar la aceste niveluri. Tranziția între orbitali (așa-numitele niveluri) se realizează printr-un s alt, în timp ce o cantitate de energie electromagnetică este eliberată sau absorbită.energie.
Mai târziu, descoperirea lui Planck a cuantiei a explicat acest comportament al electronilor.
Lumina si atom
Cantitatea de energie necesară pentru tranziție depinde de distanța dintre nivelurile de energie ale atomului. Cu cât sunt mai departe unul de celăl alt, cu atât este mai mult cuantica emisă sau absorbită.
După cum știți, lumina este cuantumul câmpului electromagnetic. Astfel, atunci când un electron dintr-un atom se mișcă de la un nivel superior la un nivel inferior, acesta creează lumină. În acest caz, se aplică și legea inversă: atunci când o undă electromagnetică cade pe un obiect, îi excită electronii, iar aceștia se deplasează către un orbital superior.
În plus, nivelurile de energie ale atomului sunt individuale pentru fiecare tip de element chimic. Modelul distanțelor dintre orbitali este diferit pentru hidrogen și aur, wolfram și cupru, brom și sulf. Prin urmare, o analiză a spectrelor de emisie ale oricărui obiect (inclusiv stele) determină fără ambiguitate ce substanțe și în ce cantitate sunt prezente în acesta.
Această metodă este folosită pe scară largă. Analiza spectrului utilizată:
- în criminalistică;
- în controlul calității alimentelor și apei;
- în producția de bunuri;
- în crearea de noi materiale;
- în îmbunătățirea tehnologiei;
- în experimente științifice;
- în explorarea stelelor.
Această listă arată doar cât de utilă a fost descoperirea nivelurilor electronice din atom. Nivelele electronice sunt cele mai aspre, cele mai mari. Sunt mai micivibraționale și chiar mai subtile niveluri de rotație. Dar sunt relevanți numai pentru compuși complecși - molecule și solide.
Trebuie spus că structura nucleului nu a fost încă pe deplin explorată. De exemplu, nu există niciun răspuns la întrebarea de ce un astfel de număr de neutroni corespunde unui anumit număr de protoni. Oamenii de știință sugerează că nucleul atomic conține, de asemenea, niște analogi ale nivelurilor electronice. Cu toate acestea, acest lucru nu a fost încă dovedit.
