Danas ćemo vam reći koja je energetska razina atoma, kada se osoba susreće s ovim konceptom i gdje se primjenjuje.
Školska fizika
Ljudi se prvi put susreću sa znanošću u školi. A ako u sedmoj godini studija djeci još uvijek budu zanimljiva nova znanja iz biologije i kemije, onda se u starijim razredima počinju bojati. Kad dođe red na atomsku fiziku, lekcije iz ove discipline već izazivaju samo gađenje prema neshvatljivim zadacima. Međutim, vrijedno je zapamtiti da sva otkrića koja su se sada pretvorila u dosadne školske predmete imaju netrivijalnu povijest i cijeli arsenal korisnih aplikacija. Saznati kako svijet funkcionira je poput otvaranja kutije s nečim zanimljivim unutra: uvijek želite pronaći tajni pretinac i tamo pronaći još jedno blago. Danas ćemo govoriti o jednom od osnovnih pojmova atomske fizike, strukturi materije.
Nedjeljivo, složeno, kvantno
Iz starogrčkog jezika riječ "atom" prevodi se kao "nedjeljiv, najmanji". Ovo gledište posljedica je povijesti znanosti. Neki stari Grci i Indijci vjerovali su da se sve na svijetu sastoji od sićušnih čestica.
U modernoj povijesti, kemijski eksperimenti napravljeni su mnogo prije nego fizičkiistraživanje. Znanstvenici iz sedamnaestog i osamnaestog stoljeća radili su prvenstveno na povećanju vojne moći neke zemlje, kralja ili vojvode. A da bi se stvorili eksplozivi i barut, bilo je potrebno razumjeti od čega se sastoje. Kao rezultat toga, istraživači su otkrili da se neki elementi ne mogu odvojiti izvan određene razine. To znači da postoje najmanji nosioci kemijskih svojstava.
Ali pogriješili su. Pokazalo se da je atom složena čestica, a njegova sposobnost promjene je kvantne prirode. O tome svjedoče prijelazi energetskih razina atoma.
Pozitivno i negativno
Krajem devetnaestog stoljeća znanstvenici su se približili proučavanju najsitnijih čestica materije. Na primjer, bilo je jasno da atom sadrži i pozitivno i negativno nabijene komponente. Ali struktura atoma bila je nepoznata: raspored, interakcija, omjer težine njegovih elemenata ostali su misterij.
Rutherford je postavio eksperiment o raspršenju alfa čestica tankom zlatnom folijom. Otkrio je da su u središtu atoma teški pozitivni elementi, a vrlo lagani negativni elementi smješteni su na rubovima. To znači da su nositelji različitih naboja čestice koje nisu slične jedna drugoj. To je objasnilo naboj atoma: element im se mogao dodati ili ukloniti. Ravnoteža koja je cijeli sustav održavala neutralnim je narušena, a atom je dobio naboj.
Elektroni, protoni, neutroni
Kasnije se pokazalo: lagane negativne čestice su elektroni, a teška pozitivna jezgra se sastoji oddvije vrste nukleona (protoni i neutroni). Protoni su se od neutrona razlikovali samo po tome što su prvi bili pozitivno nabijeni i teški, dok su drugi imali samo masu. Promjena sastava i naboja jezgre je teška: za to su potrebne nevjerojatne energije. Ali atom je mnogo lakše podijeliti elektronom. Više je elektronegativnih atoma, koji će vjerojatnije "oduzeti" elektron, a manje elektronegativnih, koji će ga vjerojatnije "dati". Ovako nastaje naboj atoma: ako postoji višak elektrona, onda je negativan, a ako postoji manjak, onda je pozitivan.
Dug život svemira
Ali ova struktura atoma zbunila je znanstvenike. Prema klasičnoj fizici koja je tada prevladavala, elektron, koji se neprestano kretao oko jezgre, morao je neprekidno zračiti elektromagnetske valove. Budući da ovaj proces znači gubitak energije, sve negativne čestice ubrzo bi izgubile brzinu i pale na jezgru. Međutim, svemir postoji jako dugo, a globalna katastrofa još se nije dogodila. Spremao se paradoks prestare materije.
Bohrovi postulati
Bohrovi postulati mogli bi objasniti neslaganje. Tada su to bile samo tvrdnje, skokovi u nepoznato, koji nisu bili potkrijepljeni izračunima ili teorijom. Prema postulatima, u atomu su postojale energetske razine elektrona. Svaka negativno nabijena čestica mogla bi biti samo na ovim razinama. Prijelaz između orbitala (tzv. razina) vrši se skokom, dok se kvant elektromagnetske energije oslobađa ili apsorbira.energija.
Kasnije, Planckovo otkriće kvanta objasnilo je ovo ponašanje elektrona.
Svjetlo i atom
Količina energije potrebna za prijelaz ovisi o udaljenosti između energetskih razina atoma. Što su udaljeniji jedan od drugog, to je kvanta više emitirana ili apsorbirana.
Kao što znate, svjetlost je kvant elektromagnetskog polja. Dakle, kada se elektron u atomu kreće s više na nižu razinu, stvara svjetlost. U ovom slučaju također vrijedi i obrnuti zakon: kada elektromagnetski val padne na objekt, on pobuđuje njegove elektrone i oni se kreću na višu orbitalu.
Osim toga, energetske razine atoma su individualne za svaku vrstu kemijskog elementa. Uzorak udaljenosti između orbitala različit je za vodik i zlato, volfram i bakar, brom i sumpor. Stoga analiza spektra emisije bilo kojeg objekta (uključujući zvijezde) nedvosmisleno određuje koje su tvari i u kojoj količini u njemu prisutne.
Ova metoda se koristi nevjerojatno široko. Korištena analiza spektra:
- u forenzici;
- u kontroli kvalitete hrane i vode;
- u proizvodnji robe;
- u stvaranju novih materijala;
- u poboljšanju tehnologije;
- u znanstvenim eksperimentima;
- u istraživanju zvijezda.
Ovaj popis samo ugrubo pokazuje koliko je bilo korisno otkriće elektroničkih razina u atomu. Elektroničke razine su najgrublje, najveće. Ima manjihvibracijske, pa čak i suptilnije razine rotacije. Ali oni su relevantni samo za složene spojeve - molekule i čvrste tvari.
Mora se reći da struktura jezgre još nije u potpunosti istražena. Primjerice, nema odgovora na pitanje zašto toliki broj neutrona odgovara određenom broju protona. Znanstvenici sugeriraju da atomska jezgra također sadrži neki analog elektroničkih razina. Međutim, to još nije dokazano.
