Енергийно ниво на атом: структура и преходи

Днес ще ви кажем какво е енергийното ниво на един атом, когато човек се сблъска с тази концепция и къде се прилага.

Училищна физика

Хората първо се срещат с природните науки в училище. И ако през седмата година на образование децата все още намират нови знания по биология и химия интересни, а след това в старшите класове те започват да се страхуват. Когато дойде редът на атомната физика, уроците по тази дисциплина вече вдъхновяват само отвращение към неразбираеми проблеми. Заслужава си обаче да се помни, че всички открития, които вече са станали скучни училищни теми, нетривна история и цял арсенал от полезни приложения. Да научиш как светът работи е как да отвориш ковчег с нещо интересно вътре: винаги искаш да намериш тайно отделение и да откриеш друго съкровище там. Днес ще разкажем за един от основните концепцията на ядрената физика, структурата на материята.

Неделима, комбинирана, квантова

От древногръцкия език думата "атом" се превежда като "неделима, най-малко". Тази идея е следствие от историята на науката. Някои древни гърци и индианци вярвали, че всичко в света се състои от най-малките частици.

В съвременната история експерименти в областта на химията са били произведени много по-рано от физическите изследвания. Учени от седемнадесети и осемнадесети век са работили основно за увеличаване на военната сила на страната, царя или херцога. И за да създаде експлозиви и барут, беше необходимо да разберем от какво се състоят. В резултат на това учените установиха, че някои елементи не могат да бъдат отделени отвъд определено ниво. Следователно, има най-малко носители на химични свойства.

Но те грешиха. Атомът се оказва съставна частица и способността му да се променя е с квантова природа. Това се потвърждава и от прехода на нивата на атомната енергия.

Положителни и отрицателни

В края на деветнадесети век учени се доближиха до изучаването на най-малките частици от материята. Например, беше ясно, че атомът съдържа както позитивно, така и отрицателно заредени компоненти. но атомна структура е неизвестно: местоположението, взаимодействието, съотношението на теглото на неговите елементи остава мистерия.

Ръдърфорд подготви експеримент за разсейването на алфа частици с тънка златно фолио. Той откри, че в центъра на атомите има тежки положителни елементи, а по ръбовете се намират много леки отрицателни елементи. Следователно носители на различни заряди са частици, които не приличат един на друг. Това обяснява заряда на атомите: можете да добавите елемент към него или да го изтриете. Равновесието, което поддържаше неутралността на цялата система, беше нарушено и атомът получи такса.

Електрони, протони, неутрони

По-късно е установено, че светлите отрицателни частици са електрони, а тежко положителното ядро ​​се състои от два вида нуклеони (протони и неутрони). Протоните се различаваха от неутроните само с това, че първите бяха положително заредени и тежки, а последният имаше само маса. Промяната на състава и зареждането на сърцевината е трудна: тя изисква невероятна енергия. Но един електронен атом е много по-лесно разделен. Съществуват повече атоми, които са по-ентеринерни, които са по-склонни да "вземат" електрони, а по-малко електронегативни, които по-скоро ще "дават". Затова се образува зарядът на атома: ако електроните са излишни, то е отрицателно и ако дефектът е положителен.

Дългият живот на Вселената

Но такава структура на атома озадачи учените. Според класическата физика, която преобладаваше в онези дни, електронът, който се движеше около ядрото, трябва непрекъснато да излъчва електромагнитни вълни. Тъй като този процес означава загуба на енергия, всички отрицателни частици скоро ще загубят скоростта си и ще паднат върху сърцевината. Вселената обаче съществува от много дълго време, но все още не е имало световна катастрофа. Парадоксът на прекалено стара материя е пивоварната.

Постерата на Бора

Постулат Бор може да обясни несъответствието. Тогава те бяха само изявления, скокове в неизвестното, които не бяха подкрепени от изчисления или теория. Според постулатите в атома имаше енергийни нива на електрони. Всяка отрицателно заредена частица може да бъде само на тези нива. Преходът между орбитите (така наречените нива) се осъществява чрез скачане, докато квантовата електромагнитна енергия се излъчва или абсорбира.

По-късно откриването на Планк за квантово обяснява това поведение на електроните.

Светлина и Atom

Количеството енергия, необходимо за прехода, зависи от разстоянието между енергийните нива на атома. Колкото по-далечни са помежду си, толкова по-голям е квантът, който може да бъде извлечен или погълнат.

Както знаете, светлината - това е квантът на електромагнитното поле. Така, когато един електронен в един атом преминава от по-високо към по-ниско ниво, той създава светлина. В този случай обратният закон също така действа: когато една електромагнитна вълна попада върху обект, тя възбужда нейните електрони и те се прехвърлят на по-висока орбита.

В допълнение енергийните нива на атома са индивидуални за всеки тип химически елемент. Диаграмата на разстоянията между орбитите се различава за водород и злато, волфрам и мед, бром и сяра. Поради това анализът на емисионните спектри на всеки обект (включително звездите) установява уникално какви вещества и в какви количества присъства.

Този метод е широко използван. Използва се спектрален анализ:

• в съдебната медицина;
• в контрола на качеството на храните и водата;
• в производството на стоки;
• в създаването на нови материали;
• в подобряването на технологиите;
• в научни експерименти;
• в изследването на звездите.

Този списък само грубо показва колко полезно е откриването на електронни нива в атома. Електронните нива са най-грубите, най-големите. Има по-малки вибрационни и дори по-фини ротационни нива. Но те са от значение само за сложните съединения - молекули и твърди вещества.

Трябва да се каже, че структурата на ядрото не е изследвана докрай. Например, няма отговор на въпроса защо точно определен брой неутрони съответстват на определен брой протони. Учените предполагат, че атомното ядро ​​също съдържа някакъв аналог на електронните нива. Това обаче все още не е доказано.