Úroveň energie atomu: struktura a přechody

Dnes vám řekneme, jaká je energetická úroveň atomu, když se člověk setkává s tímto konceptem a kde se uplatňuje.

Fyzika školy

Lidé se poprvé setkávají s přírodními vědami ve škole. A pokud v sedmém ročníku vzdělání děti stále najdou nové poznatky z oblasti biologie a chemie zajímavé, pak se ve starších třídách začínají bát. Když přichází obrat atomové fyziky, lekce v této disciplíně již inspirují jen averzi k nepochopitelným problémům. Je však třeba připomenout, že všechny objevy, které se stávají nudnými předměty školy, netriviální příběh a celý arzenál užitečných aplikací. Chcete-li se dozvědět, jak svět funguje, je, jak otevřít rakev s něčím zajímavým uvnitř: vždy chcete najít tajné oddělení a objevit další poklad. Dnes budeme říkat o jednom ze základních atomové fyziky, struktury hmoty.

Nedělitelný, kompozitní, kvantový

Ze starověkého řeckého jazyka je slovo "atom" přeloženo jako "nedělitelné, nejméně". Tato myšlenka je důsledkem historie vědy. Někteří starověcí Řekové a indiáni věřili, že všechno na světě se skládá z nejmenších částic.

V moderní historii experimenty v chemii byly vyrobeny mnohem dříve než fyzický výzkum. Vědci sedmnáctého a osmnáctého století pracovali především na zvýšení vojenské síly země, krále nebo vévody. Aby bylo možné vytvořit výbušniny a střelný prach, bylo nutné pochopit, z čeho se skládají. V důsledku toho výzkumníci zjistili, že některé prvky nelze oddělit za určitou úroveň. Proto existují nejméně nosiče chemických vlastností.

Ale oni se mýlili. Tento atom se ukázal být složenou částicí a jeho schopnost změnit má kvantovou povahu. To je také naznačeno přechodem úrovní atomové energie.

Pozitivní a negativní

Na konci devatenáctého století se vědci blížili ke studiu nejmenších částic hmoty. Například bylo jasné, že atom obsahuje pozitivně i záporně nabité složky. Ale atomová struktura nebylo známo: umístění, interakce, poměr hmotnosti jeho prvků zůstal záhadou.

Rutherford založil experiment na rozptýlení alfa částic tenkým zlatá fólie. Zjistil, že v centru atomů jsou těžké pozitivní prvky a na okrajích jsou umístěny velmi lehké záporné prvky. Proto nosiče různých nábojů jsou částice, které se navzájem neodpovídají. To vysvětlovalo náboj atomů: mohly být přidány k prvku nebo vymazány. Byla porušena rovnováha, která udržovala neutralitu celého systému, a atom získal náboj.

Elektrony, protony, neutrony

Později bylo zjištěno: lehké částice jsou elektrony a těžké pozitivní jádro se skládá ze dvou druhů nukleonů (protonů a neutronů). Protony se lišily od neutronů pouze tím, že první byly pozitivně nabité a těžké, a ty měly pouze hmotu. Změna složení a náboje jádra je obtížná: vyžaduje neuvěřitelnou energii. Ale atom elektronu je mnohem snadněji rozdělen. Existuje více elektronegativních atomů, které mají větší pravděpodobnost, že "přijmou" elektron, a méně elektroonegativní, což spíše "dá" to. Takže náboj atomu je tvořen: jestliže jsou elektrony přebytečné, je to záporné a pokud je vada pozitivní.

Dlouhý život vesmíru

Ale taková struktura atomu zmátla vědce. Podle klasické fyziky, která převládala v těch dnech, elektron, který se stále pohyboval kolem jádra, musel nepřetržitě emitovat elektromagnetické vlny. Protože tento proces znamená ztrátu energie, všechny negativní částice brzy ztratí svou rychlost a padnou na jádro. Vesmír však existoval po velmi dlouhou dobu, ale dosud nebyla celosvětová katastrofa. Paradoxem příliš staré hmoty byl vaření.

Posterates z Bory

Postulát Bohr by vysvětlil nesrovnalost. Pak se jednalo pouze o prohlášení, skoky do neznáma, které nebyly podporovány výpočty ani teorií. Podle postulátů v atomu existovaly energetické hladiny elektronů. Každá záporně nabitá částice může být pouze na těchto úrovních. Přechod mezi orbitály (tzv. Úrovně) se uskutečňuje skákání, zatímco kvantum elektromagnetické energie je vypuštěno nebo absorbováno.

Později Planckovo objevení kvantum vysvětlovalo toto chování elektronů.

Světlo a atom

Množství energie potřebné pro přechod závisí na vzdálenosti mezi energetickými hladinami atomu. Čím více jsou od sebe, tím větší je kvantum, které lze extrahovat nebo absorbovat.

Jak víte, světlo - to je kvantum elektromagnetického pole. Když tedy elektron v atomu prochází od vyššího na nižší úroveň, vytváří světlo. V tomto případě platí i inverzní zákon: když elektromagnetická vlna dopadá na objekt, vybuzuje jeho elektrony a přenáší se na vyšší orbitální.

Kromě toho jsou energetické hladiny atomu individuální pro každý typ chemického prvku. Vzorec vzdáleností mezi orbitály se liší pro vodík a zlato, wolfram a měď, brom a síru. Analýza emisních spekter jakéhokoli objektu (včetně hvězd) proto jednoznačně určuje, jaké látky a v jakém množství se vyskytuje.

Tato metoda je široce používána. Spektrální analýza se používá:

• ve forenzní politice;
• v kontrole kvality potravin a vody;
• při výrobě zboží;
• při tvorbě nových materiálů;
• ve zlepšování technologií;
• ve vědeckých experimentech;
• ve studiu hvězd.

Tento seznam pouze zhruba ukazuje, jak užitečný je objev elektronických úrovní v atomu. Elektronické úrovně jsou nejhorší, největší. Jsou tam menší vibrační a dokonce jemnější rotační úrovně. Ale jsou relevantní pouze pro složité sloučeniny - molekuly a pevné látky.

Je třeba říci, že struktura jádra nebyla do konce zkoumána. Neexistuje například žádná odpověď na otázku, proč přesně určitý počet neutronů odpovídá určitému počtu protonů. Vědci naznačují, že atomové jádro také obsahuje nějaký druh analogu elektronických úrovní. To však ještě nebylo prokázáno.