Bugün sizlere bir atomun enerji seviyesinin ne olduğunu, bir kişinin bu kavramla ne zaman karşılaştığını ve nerede uygulandığını anlatacağız.
Okul fiziği
İnsanlar bilimle ilk olarak okulda tanışırlar. Ve yedinci yılda, çocuklar biyoloji ve kimyadaki yeni bilgileri hala ilginç buluyorlarsa, üst sınıflarda korkmaya başlarlar. Atom fiziğinin sırası geldiğinde, bu disiplindeki dersler zaten sadece anlaşılmaz görevler için tiksinti uyandırıyor. Bununla birlikte, artık sıkıcı okul konularına dönüşen tüm keşiflerin önemsiz olmayan bir geçmişi ve bir dizi faydalı uygulama cephanesi olduğunu hatırlamakta fayda var. Dünyanın nasıl çalıştığını öğrenmek, içinde ilginç bir şey olan bir kutuyu açmak gibidir: Her zaman gizli bir bölme ve orada başka bir hazine bulmak istersiniz. Bugün atom fiziğinin temel kavramlarından biri olan maddenin yapısından bahsedeceğiz.
Bölünemez, bileşik, kuantum
Eski Yunan dilinden "atom" kelimesi "bölünemez, en küçük" olarak çevrilir. Bu görüş bilim tarihinin bir sonucudur. Bazı eski Yunanlılar ve Hintliler dünyadaki her şeyin küçük parçacıklardan oluştuğuna inanıyorlardı.
Modern tarihte, kimya deneyleri fiziksel deneylerden çok daha önce yapılmıştır. Araştırma. On yedinci ve on sekizinci yüzyılın bilginleri öncelikle bir ülkenin, kralın veya dükün askeri gücünü artırmak için çalıştılar. Ve patlayıcı ve barut yaratmak için bunların nelerden oluştuğunu anlamak gerekiyordu. Sonuç olarak, araştırmacılar bazı unsurların belirli bir seviyenin ötesinde ayrılamayacağını buldular. Bu, kimyasal özelliklerin en küçük taşıyıcıları olduğu anlamına gelir.
Ama yanıldılar. Atomun kompozit bir parçacık olduğu ortaya çıktı ve değişme yeteneği kuantum niteliktedir. Bu, atomun enerji seviyelerinin geçişleriyle kanıtlanır.
Olumlu ve olumsuz
On dokuzuncu yüzyılın sonunda, bilim adamları maddenin en küçük parçacıklarını incelemeye çok yaklaştılar. Örneğin, bir atomun hem pozitif hem de negatif yüklü bileşenler içerdiği açıktı. Ancak atomun yapısı bilinmiyordu: Düzeni, etkileşimi, elementlerinin ağırlık oranı bir sır olarak kaldı.
Rutherford, alfa parçacıklarının ince altın folyo ile saçılması üzerine bir deney kurdu. Atomların merkezinde ağır pozitif elementler olduğunu ve kenarlarda çok hafif negatif elementlerin bulunduğunu buldu. Bu, farklı yüklerin taşıyıcılarının birbirine benzemeyen parçacıklar olduğu anlamına gelir. Bu, atomların yükünü açıklıyordu: onlara bir element eklenebilir veya çıkarılabilirdi. Tüm sistemi nötr tutan denge bozuldu ve atom bir yük aldı.
Elektronlar, protonlar, nötronlar
Daha sonra ortaya çıktı: hafif negatif parçacıklar elektronlardır ve ağır bir pozitif çekirdek şunlardan oluşur:iki tür nükleon (proton ve nötron). Protonlar, nötronlardan yalnızca, birincisinin pozitif yüklü ve ağır olması, ikincisinin ise yalnızca kütleye sahip olması bakımından farklılık gösteriyordu. Çekirdeğin bileşimini ve yükünü değiştirmek zordur: inanılmaz enerjiler gerektirir. Ancak bir atomu bir elektronla bölmek çok daha kolaydır. Bir elektronu "alması" daha muhtemel olan daha elektronegatif atomlar ve onu "vermesi" daha muhtemel olan daha az elektronegatif atomlar vardır. Bir atomun yükü şu şekilde oluşur: Elektron fazlalığı varsa negatif, eksiklik varsa pozitiftir.
Evrenin uzun ömrü
Fakat atomun bu yapısı bilim adamlarını şaşırttı. O dönemde geçerli olan klasik fiziğe göre, çekirdeğin etrafında sürekli hareket eden bir elektron, sürekli olarak elektromanyetik dalgalar yaymak zorundaydı. Bu süreç enerji kaybı anlamına geldiği için, tüm negatif parçacıklar kısa sürede hızlarını kaybederek çekirdeğe düşerler. Ancak, evren çok uzun bir süredir var ve küresel felaket henüz gerçekleşmedi. Çok eski maddenin paradoksu demleniyordu.
Bohr'un varsayımları
Bohr'un varsayımları tutarsızlığı açıklayabilir. O zaman bunlar sadece iddialardı, bilinmeyene sıçramalardı, hesaplamalar veya teori tarafından desteklenmedi. Varsayımlara göre, atomda elektronların enerji seviyeleri vardı. Negatif yüklü her parçacık ancak bu seviyelerde olabilir. Yörüngeler arasındaki geçiş (sözde seviyeler) bir sıçrama ile gerçekleştirilir, bu sırada bir kuantum elektromanyetik enerji salınır veya emilir.enerji.
Daha sonra, Planck'ın kuantumu keşfi elektronların bu davranışını açıkladı.
Işık ve atom
Geçiş için gereken enerji miktarı, atomun enerji seviyeleri arasındaki mesafeye bağlıdır. Birbirlerinden ne kadar uzaklarsa, o kadar çok yayılan veya emilen kuantum.
Bildiğiniz gibi, ışık elektromanyetik alanın kuantumudur. Böylece, bir atomdaki bir elektron daha yüksek bir seviyeden daha düşük bir seviyeye hareket ettiğinde ışık yaratır. Bu durumda, ters yasa da geçerlidir: bir nesnenin üzerine bir elektromanyetik dalga düştüğünde, elektronlarını uyarır ve bunlar daha yüksek bir yörüngeye hareket eder.
Ayrıca, atomun enerji seviyeleri her kimyasal element türü için ayrıdır. Yörüngeler arasındaki mesafeler hidrojen ve altın, tungsten ve bakır, brom ve kükürt için farklıdır. Bu nedenle, herhangi bir nesnenin (yıldızlar dahil) emisyon spektrumunun bir analizi, içinde hangi maddelerin ve hangi miktarda bulunduğunu açık bir şekilde belirler.
Bu yöntem inanılmaz derecede yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılan spektrum analizi:
- adli tıpta;
- gıda ve su kalite kontrolünde;
- mal üretiminde;
- yeni materyaller oluştururken;
- teknolojiyi geliştirmede;
- bilimsel deneylerde;
- yıldızların keşfinde.
Bu liste sadece kabaca atomdaki elektronik seviyelerin keşfinin ne kadar faydalı olduğunu gösterir. Elektronik seviyeler en kaba, en büyüğüdür. daha küçük vartitreşimsel ve hatta daha incelikli dönme seviyeleri. Ancak bunlar yalnızca karmaşık bileşikler için geçerlidir - moleküller ve katılar.
Çekirdeğin yapısının henüz tam olarak araştırılmadığı söylenmelidir. Örneğin, neden bu kadar çok sayıda nötron, belirli sayıda protona karşılık gelir sorusunun yanıtı yoktur. Bilim adamları, atom çekirdeğinin ayrıca bazı elektronik seviyelerin analoglarını içerdiğini öne sürüyorlar. Ancak bu henüz kanıtlanmadı.
