Енергетичний рівень атома: будова та переходи

Дата:

2019-09-24 02:00:09

Перегляди:

658

Рейтинг:

1Дизлайк 0Любити

Поділитися:

Table of contents:

Сьогодні розповімо про те, що таке енергетичний рівень атома, коли людина стикається з цим поняттям, і де воно застосовується.

Шкільна фізика

енергетичний рівень атома

Люди вперше зустрічаються з природничими науками в школі. І якщо на сьомому році навчання діти ще знаходять нові знання з біології і хімії цікавими, то в старших класах їх починають боятися. Коли приходить черга атомної фізики, уроки по цій дисципліні вже викликають лише огиду до незрозумілих завдань. Проте варто пам'ятати, що у всіх відкриттів, які зараз перетворилися на нудні шкільні предмети, нетривіальна історія і цілий арсенал корисних застосувань. Дізнаватися, як влаштований світ – це як відкривати скриньку з чимось цікавим всередині: завжди хочеться знайти потаємне відділення і виявити там ще один скарб. Сьогодні ми розповімо про один з базових поняття атомної фізики, будову речовини.

Неподільний, злитий, квантовий

З давньогрецької мови слово «атом» перекладається як «неподільний, найменший». Таке уявлення – наслідок історії науки. Деякі стародавні греки і індійці вірили, що все на світі складається з найдрібніших частинок.

В сучасній історії досліди з хімії були зроблені набагато раніше фізичних досліджень. Вчені сімнадцятого і вісімнадцятого століть працювали в першу чергу для збільшення військової могутності країни, короля або герцога. А щоб створити вибухівку і порох, треба було зрозуміти, з чого вони складаються. У підсумку дослідники з'ясували: деякі елементи можна розділити далі певного рівня. Значить, існують найменші носії хімічних властивостей.

Але вони помилялися. Атом виявився складовою частинкою, а його здатність змінюватися має квантовий характер. Про це говорять і переходи енергетичних рівнів атома.

Позитивне і негативне

атомна фізика

В кінці дев'ятнадцятого століття вчені впритул підійшли до вивчення найдрібніших частинок речовини. Наприклад, було зрозуміло: атом містить як позитивно, так і негативно заряджені складові. Але структура атома була невідома: розташування, взаємодія, співвідношення ваги його елементів залишалися загадкою.

Резерфорд поставив досвід по розсіювання альфа-часток тонкою золотою фольгою. Він з'ясував, що в центрі атомів знаходяться важкі позитивні елементи, а по краях розташовані дуже легкі негативні. Отже, носіями різних зарядів є не схожі один на одного частинки. Це пояснювало заряд атомів: до них можна додати елемент або видалити його. Рівновага, яке підтримувало нейтральність всієї системи, порушувалося, і атом набував заряд.

Електрони, протони, нейтрони

заряд атома

Пізніше з'ясувалося: легкі негативні частинки – це електрони, а важке позитивне ядро складається з двох видів нуклонів (протонів і нейтронів). Протони відрізнялися від нейтронів тільки тим, що перші були позитивно зарядженими і важкими, а другі мали тільки масу. Змінити склад і заряд ядра складно: для цього потрібні неймовірні енергії. А ось електроном атом ділиться набагато легше. Є більш електронегативні атоми, які охочіше «відбирають» електрон, і менш електронегативні, які швидше «віддадуть» його. Так формується заряд атома: якщо надлишок електронів, то він негативний, а якщо недолік – то позитивний.

Довга життя всесвіту

енергетичні рівні електронів в атомі

Але така будова атома спантеличувало вчених. Згідно панувала в ті часи класичної фізики, електрон, який весь час рухався навколо ядра, повинен був безупинно випромінювати електромагнітні хвилі. Так як цей процес означає втрату енергії, то всі негативні частинки незабаром втратили б свою швидкість і впали на ядро. Однак всесвіт існує вже дуже довго, а всесвітньої катастрофи ще не відбулося. Назрівав парадокс надто старою матерії.

Постулати Бора

Пояснити невідповідність змогли постулати Бора. Тоді це були просто твердження, стрибки в невідоме, які не підтверджувалися розрахунками або теорією. Згідно постулатам, існували в атомі енергетичні рівні електронів. Кожна негативно заряджена частинка могла перебувати тільки на цих рівнях. Перехід між орбіталей (так назвали рівні) здійснюється стрибком, при цьому виділяється або поглинається квант електромагнітної енергії.

Пізніше відкриття Планком кванта пояснив таку поведінку електронів.

Світло і атом

перехід енергетичних рівнів атома

Кількість енергії, необхідної для переходу залежить від відстані між енергетичними рівнями атома. Чим вони далі один від одного, тим більше виділяється або поглощаемый квант.

Як відомо, світло – це і є квант електромагнітного поля. Таким чином, коли електрон в атомі переходить з вищого на нижчий рівень, він творить світ. При цьому діє і зворотний закон: коли електромагнітна хвиля падає на предмет, вона збуджує його електрони, і вони переходять на більш високу орбіталь.

Крім того, енергетичні рівні атома індивідуальні для кожного виду хімічного елемента. Візерунок відстаней між орбіталей розрізняється для водню і золота, вольфраму і міді, брому і сірки. Тому аналіз спектрів випускання будь-якого об'єкта (в тому числі і зірки) однозначно визначає, які речовини і в якій кількості в ньому присутні.

Застосовується цей метод неймовірно широко. Спектральний аналіз використовується:

  • у криміналістиці;
  • в контролі якості їжі і води;
  • у виробництві товарів;
  • у створенні нових матеріалів;
  • в удосконаленні технологій;
  • в наукових експериментах;
  • у дослідженні зірок.

Цей перелік лише приблизно показує, наскільки корисною виявилася відкриття електронних рівнів в атомі. Електронні рівні – найбрутальніші, найбільші. Існують більш дрібні коливальні, і ще більш тонкі обертальні рівні. Але вони актуальні тільки для складних сполук – молекул і твердих тел.

Треба сказати, що структура ядра досі не досліджено до кінця. Наприклад, немає відповіді на питання про те, чому певній кількості протонів відповідає саме таке число нейтронів. Вчені припускають, що атомне ядро теж містить якийсь аналог електронних рівнів. Проте до цих пір це не доведено.


Article in other languages:

HI: https://tostpost.com/hi/education/21122-the-energy-level-of-the-atom-the-structure-and-transitions.html

KK: https://tostpost.com/kk/b-l-m/37664-atomny-energetikaly-de-gey-rylysy-zh-ne-tkelder.html

PL: https://tostpost.com/pl/edukacja/36812-poziom-energetyczny-atomu-budowa-i-przej-cia.html

PT: https://tostpost.com/pt/educa-o/37036-n-vel-de-energia-do-tomo-estrutura-e-refer-ncias.html

ZH: https://tostpost.com/zh/education/18287-the-energy-level-of-the-atom-the-structure-and-transitions.html






Alin Trodden - автор статті, редактор
"Привіт, Я Алін Тродден. Я пишу тексти, читаю книги і шукаю враження. І я непогано вмію розповідати вам про це. Я завжди радий брати участь у цікавих проектах."

Примітка (0)

Ця стаття не має коментарів, будьте першим!

Додати коментар

Новини

Що таке оптика? Визначення у фізиці

Що таке оптика? Визначення у фізиці

Демокріт з Абдеры, що жив у 5 столітті до нашої ери, висловлював думку, що все в цьому світі умовно, реальністю є лише атоми і порожнеча. Збереглися історичні документи, що підтверджують його авторство поняття світла як потоку час...

Методи фінансового контролю

Методи фінансового контролю

Форми і методи фінансового контролю відображають організацію проведення перевірочної роботи вищестоящими органами фінансово-кредитної сфери по відношенню до своїм структурним підрозділам. Так, форми фінансового контролю показують ...

Види горіння: основні характеристики, особливості

Види горіння: основні характеристики, особливості

Дана стаття призначена для загального ознайомлення з процесом горіння. Основну увагу буде приділено різноманітності видів даного явища. Зокрема, ми зупинимося на ламінарному, турбулентному, гетерогенном та інших видах горіння. Окр...

Як вчитися на

Як вчитися на "5"? Як вчитися на "відмінно"?

Зрозуміло, люди відвідують школи, коледжі, вузи в першу чергу заради знань. Проте хороші оцінки є найбільш очевидним доказом того, що чоловік придбав ці знання. Як вчитися на «5», не доводячи себе до стану хронічної вт...

Звідки береться електрика? Джерела електроенергії

Звідки береться електрика? Джерела електроенергії

Життя сучасної людини організована таким чином, що її інфраструктурне забезпечення задіює безліч компонентів з різними техніко-функціональними властивостями. До таких належить і електроенергія. Рядовий споживач не бачить і не відч...

Систематика рослин

Систематика рослин

Систематика в біології займається вивченням різноманітності видів. До головних її завдань відносять класифікацію та ідентифікацію. Систематика рослин пов'язана з розвитком ботаніки. Першим вченим, який застосував класифікацію, був...