Danas ćemo vam reći šta je energetski nivo atoma, kada se osoba susreće s ovim konceptom i gdje se primjenjuje.
Školska fizika
Ljudi se prvi put susreću sa naukom u školi. A ako u sedmoj godini studija djeci još uvijek budu zanimljiva nova znanja iz biologije i hemije, onda se u starijim razredima počinju bojati. Kada 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 koncepata atomske fizike, strukturi materije.
Nedjeljivo, kompozitno, kvantno
Sa starogrčkog jezika, riječ "atom" se prevodi kao "nedjeljiv, najmanji". Ovo gledište je posledica istorije nauke. Neki stari Grci i Indijci vjerovali su da je sve na svijetu sastavljeno od sićušnih čestica.
U modernoj istoriji, eksperimenti u hemiji su napravljeni mnogo ranije od fizičkihistraživanja. Učenjaci iz sedamnaestog i osamnaestog vijeka 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 dalje od određenog nivoa. To znači da postoje najmanji nosioci hemijskih svojstava.
Ali pogriješili su. Pokazalo se da je atom kompozitna čestica, a njegova sposobnost promjene je kvantne prirode. O tome svjedoče prelazi energetskih nivoa atoma.
Pozitivno i negativno
Krajem devetnaestog veka naučnici su se približili proučavanju najsitnijih čestica materije. Na primjer, bilo je jasno da atom sadrži i pozitivno i negativno nabijene komponente. Ali struktura atoma je bila nepoznata: raspored, interakcija, odnos težine njegovih elemenata ostali su misterija.
Rutherford je postavio eksperiment rasipanja alfa čestica tankom zlatnom folijom. Otkrio je da su u središtu atoma teški pozitivni elementi, a vrlo lagani negativni elementi smješteni na rubovima. To znači da su nosioci različitih naboja čestice koje nisu slične jedna drugoj. Ovo je objasnilo naboj atoma: element im se mogao dodati ili ukloniti. Ravnoteža koja je čitav sistem održavala neutralnim je prekinuta, a atom je dobio naboj.
Elektroni, protoni, neutroni
Kasnije se ispostavilo: lagane negativne čestice su elektroni, a teško pozitivno jezgro se sastoji oddvije vrste nukleona (protoni i neutroni). Protoni su se razlikovali od neutrona samo po tome što su prvi bili pozitivno nabijeni i teški, dok su drugi imali samo masu. Promena sastava i naboja jezgra je teška: za to su potrebne neverovatne energije. Ali atom je mnogo lakše podijeliti elektronom. Postoji više elektronegativnih atoma, za koje postoji veća vjerovatnoća da će "oduzeti" elektron, a manje elektronegativnih koji će ga vjerojatnije "dati". Ovako se formira naboj atoma: ako postoji višak elektrona, onda je negativan, a ako postoji manjak, onda je pozitivan.
Dug život univerzuma
Ali ova struktura atoma zbunila je naučnike. Prema klasičnoj fizici koja je tada vladala, elektron, koji se neprestano kretao oko jezgra, morao je neprekidno zračiti elektromagnetne talase. Budući da ovaj proces znači gubitak energije, sve negativne čestice bi ubrzo izgubile svoju brzinu i pale na jezgro. Međutim, svemir postoji jako dugo, a globalna katastrofa se još nije dogodila. Paradoks prestare materije se spremao.
Bohrovi postulati
Bohrovi postulati mogli bi objasniti neslaganje. Tada su to bile samo tvrdnje, skokovi u nepoznato, koji nisu bili potkrijepljeni proračunima ili teorijom. Prema postulatima, postojali su energetski nivoi elektrona u atomu. Svaka negativno nabijena čestica mogla bi biti samo na ovim nivoima. Prijelaz između orbitala (tzv. nivoa) vrši se skokom, dok se kvant elektromagnetne energije oslobađa ili apsorbira.energija.
Kasnije, Planckovo otkriće kvanta objasnilo je ovo ponašanje elektrona.
Svjetlo i atom
Količina energije potrebna za prijelaz zavisi od udaljenosti između energetskih nivoa atoma. Što su udaljeniji jedan od drugog, to je više emitovanog ili apsorbovanog kvanta.
Kao što znate, svjetlost je kvant elektromagnetnog polja. Dakle, kada se elektron u atomu kreće sa višeg na niži nivo, on stvara svjetlost. U ovom slučaju važi i obrnuti zakon: kada elektromagnetski talas padne na objekat, on pobuđuje njegove elektrone i oni se kreću na višu orbitalu.
Pored toga, energetski nivoi atoma su individualni za svaku vrstu hemijskog elementa. Obrazac udaljenosti između orbitala je drugačiji za vodonik i zlato, volfram i bakar, brom i sumpor. Stoga analiza emisionih spektra bilo kojeg objekta (uključujući zvijezde) nedvosmisleno određuje koje su tvari iu kojoj količini u njemu prisutne.
Ova metoda se koristi nevjerovatno široko. Korištena analiza spektra:
- u forenzici;
- u kontroli kvaliteta hrane i vode;
- u proizvodnji robe;
- u kreiranju novih materijala;
- u poboljšanju tehnologije;
- u naučnim eksperimentima;
- u istraživanju zvijezda.
Ova lista samo grubo pokazuje koliko je bilo korisno otkriće elektronskih nivoa u atomu. Elektronski nivoi su najgrublji, najveći. Ima manjihvibracionim, pa čak i suptilnijim nivoima rotacije. Ali oni su relevantni samo za kompleksna jedinjenja - molekule i čvrste materije.
Mora se reći da struktura jezgra još nije u potpunosti istražena. Na primjer, nema odgovora na pitanje zašto toliki broj neutrona odgovara određenom broju protona. Naučnici sugerišu da atomsko jezgro takođe sadrži neke analoge elektronskih nivoa. Međutim, to još nije dokazano.
