Poziom energetyczny atomu: budowa i przejścia

Dzisiaj mówić o tym, co to jest poziom energetyczny atomu, gdy człowiek styka się z tym pojęciem, i gdzie ma to zastosowanie.

Szkolna fizyka

Ludzie po raz pierwszy spotykają się z naturalnymi nauki w szkole. I jeśli na siódmym roku nauki dzieci jeszcze znaleźć nową wiedzę z biologii i chemii ciekawe, w liceum zaczynają się bać. Kiedy przychodzi kolej fizyki atomowej, lekcje w tej dyscyplinie już wmawiają tylko niechęć do nieznanych zadań. Warto jednak pamiętać, że u wszystkich odkryć, które obecnie stały się nudne szkolne przedmioty, banalna historia i cały arsenał przydatnych zastosowań. Dowiedzieć się, jak działa świat ó w to jak otwierać trumny z czymś ciekawym wewnątrz: zawsze chce znaleźć podwójne dno i tam znaleźć jeszcze jeden skarb. Opowiemy o jednym z podstawowych koncepcji fizyki atomowej, budowie materii.

Niepodzielne, złożony, kwantowy

Z języka greckiego słowo «atom» tłumaczy się jako „niepodzielne, najmniejszy». Taki widok ó w konsekwencji historii nauki. Niektórzy starożytni grecy i hindusi wierzyli, że wszystko na świecie składa się z maleńkich cząstek.

W historii współczesnej doświadczenia z chemii zostały wyprodukowane dużo wcześniej badań fizycznych. Naukowcy xvii i xviii wieku pracowali przede wszystkim w celu zwiększenia siły militarnej kraju, króla lub księcia. Aby utworzyć materiałów wybuchowych i prochu, trzeba było zrozumieć, z czego się składają. W końcu naukowcy odkryli: niektóre elementy nie można dzielić dalej określonego poziomu. To znaczy, że istnieją najmniejsze nośników chemicznych właściwości.

Ale się mylili. Atom okazał się integralną cząstką, a jego zdolność do zmian nosi kwantowy charakter. O tym mówią i przejścia poziomów energetycznych atomu.

Pozytywne i negatywne

W końcu xix wieku, naukowcy blisko zbliżyli się do nauki najmniejszych cząstek materii. Na przykład, było jasne: atom zawiera zarówno pozytywnie, jak i negatywnie naładowane składniki. Ale struktura atomu była nieznana: lokalizacja, zaangażowanie, stosunek masy ciała do jego elementów pozostawały tajemnicą.

Rutherford postawił doświadczenie na rozpraszanie cząstek alfa cienkiej złotej folii. Dowiedział się, że w centrum atomów są ciężkie pozytywne elementy, a na brzegach są bardzo lekkie negatywne. Znaczy, native różnych ładunków są nie podobne do siebie cząstki. To wyjaśniało ładunek atomów: do nich można było dodać element lub go usunąć. Równowaga, który utrzymywał neutralność całego systemu, złamał, i atom zdobywał ładunek.

Elektrony, protony, neutrony

Później się okazało: lekkie ujemne cząstki – to elektrony, a ciężkie dodatnie jądro składa się z dwóch rodzajów nukleonów (protonów i neutronów). Protony różniły się od neutronów tylko tym, że pierwsze zostały pozytywnie naładowane i ciężkie, a drugi miał tylko masę. Zmienić skład i ładunek jądra jest trudne: wymaga to niesamowite energii. A oto elektronem atom dzieli się znacznie łatwiejsze. Istnieje ponad электроотрицательные atomy, które chętniej «wybierają» elektron, i mniej электроотрицательные, które raczej «odda» go. Tak powstaje ładunek atomu: jeśli nadmiar elektronów, to jest on negatywny, a jeśli brak – to pozytywny.

Długie życie wszechświata

Ale taka budowa atomu rzeczy zastanawiało naukowców. Według господствовавшей w tamtych czasach klasycznej fizyki, elektron, który cały czas poruszał się wokół jądra, powinien był nieprzerwanie emitować fale elektromagnetyczne. Ponieważ proces ten oznacza utratę energii, wszystkie ujemne cząstki wkrótce stracił by swoją prędkość i spadł na rdzeń. Jednak wszechświat istnieje już bardzo długo, a światowej katastrofy jeszcze nie stało. Zaczął się zarysowywać paradoks zbyt starej materii.

Postulaty Bohra

Wyjaśnić niezgodność mogli postulaty Bohra. Wtedy to były po prostu zatwierdzenia, wyścigi konne w nieznane, które nie jest poparta obliczeniami lub teorią. Według założeń, istniały w atomie poziomy energetyczne elektronów. Każda negatywnie naładowana cząstka mogła znajdować się tylko na tych poziomach. Przejście między орбиталями (tak nazwali poziomy) odbywa się skokiem, a przy tym wyróżnia się lub wchłaniane przez kwant energii elektromagnetycznej.

Później otwieranie Планком kwantu wyjaśniał to zachowanie elektronów.

Światło i atom

Ilość energii potrzebnej do przejścia, zależy od odległości pomiędzy poziomami energetycznymi atomu. Im są dalej od siebie, tym więcej wydzielone lub поглощаемый kwant.

Jak wiadomo, światło – jest to kwant pola elektromagnetycznego. W ten sposób, gdy elektron w atomie przechodzi z wyższego na niższy poziom, robi światło. Przy tym działa i zwrotny prawo: gdy fala elektromagnetyczna pada na przedmiot, to go podnieca elektrony, a oni przechodzą na wyższy orbital.

Ponadto, poziomy energetyczne atomu indywidualne dla każdego rodzaju pierwiastka. Wzór odległości między орбиталями różni się w zależności od wodoru i złota, wolframu i miedzi, bromu i siarki. Dlatego analiza widma emitowanego dowolnego obiektu (w tym gwiazd) jednoznacznie określa, jakie substancje i w jakiej ilości są w nim obecne.

Jest Stosowana ta metoda jest niezwykle szeroko. Analiza spektralna jest używany:

• W kryminalistyce;
• W kontroli jakości żywności i wody;
• W produkcji towarów;
• W tworzeniu nowych materiałów;
• W doskonaleniu technologii;
• W eksperymentach naukowych;
• W badaniu gwiazd.

Ta lista jest tylko około pokazuje, jak bardzo pomocne okazało się otwieranie elektronicznych poziomów w atomie. Elektroniczne poziom ó najtrudniejsze, najbardziej wielkie. Istnieją mniejsze oscylacyjne, i jeszcze bardziej subtelne obrotowe poziomy. Ale oni są istotne tylko dla skomplikowanych połączeń ó cząsteczek i ciał stałych.

- Muszę powiedzieć, że struktura jądra do tej pory nie zbadana do końca. Na przykład, nie ma odpowiedzi na pytanie o to, dlaczego określonej liczbie protonów spełnia właśnie taką liczbę neutronów. Naukowcy sugerują, że jądro atomowe zawiera analogu elektronicznych poziomów. Do tej pory jednak nie jest to udowodnione.