Nivelul energetic al unui atom: structura și tranzițiile

Astăzi vă vom spune care este nivelul energetic al unui atom, atunci când o persoană întâlnește acest concept și unde este aplicat.

Școala fizică

Oamenii se întâlnesc întâi cu științele naturii la școală. Și dacă în al șaptelea an de învățământ copiii găsesc încă noi cunoștințe noi în biologie și chimie interesante, atunci în clasele superioare încep să se teamă. Când apare răsăritul fizicii atomice, lecțiile pe această disciplină deja inspiră doar aversiunea față de probleme incomprehensibile. Cu toate acestea, merită să ne amintim că toate descoperirile care au devenit acum subiecte școlare plictisitoare, o poveste non-trivială și un întreg arsenal de aplicații utile. Aflați cum funcționează lumea este cum să deschideți un sicriu cu ceva interesant în interior: întotdeauna doriți să găsiți un compartiment secret și să descoperiți o altă comoară acolo. Astăzi vom vorbi despre unul dintre elementele de bază conceptul nuclear fizica, structura materiei.

Indivizibil, compus, cuantic

Din limba greacă veche cuvântul "atom" este tradus ca "indivizibil, cel mai puțin". Această idee este o consecință a istoriei științei. Unii greci și indieni străini au crezut că totul din lume constă în cele mai mici particule.

În istoria modernă experimente în chimie au fost produse mult mai devreme decât cercetarea fizică. Oamenii de știință din secolele al XVII-lea și al XVIII-lea au lucrat în primul rând pentru a spori puterea militară a țării, a regelui sau a ducelui. Și pentru a crea explozivi și praf de pușcă, a fost necesar să înțelegem din ce constau. Ca rezultat, cercetatorii au descoperit ca unele elemente nu pot fi separate de un anumit nivel. Prin urmare, există cei mai puțini purtători de proprietăți chimice.

Dar ei s-au înșelat. Atom a apărut o particulă compozit, și capacitatea sa de a schimba este de natura cuantică. Acest lucru este indicat și de tranzițiile nivelurilor de energie atomică.

Pozitive și negative

La sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință s-au apropiat de studierea celor mai mici particule de materie. De exemplu, a fost clar: atomul conține atât componente încărcate pozitiv, cât și negativ. dar structura atomică a fost necunoscut: locația, interacțiunea, raportul dintre greutatea componentelor sale au ramas un mister.

Rutherford a stabilit un experiment privind împrăștierea particulelor alfa printr-un strat subțire folie de aur. El a aflat că există elemente pozitive grele în centrul atomilor, iar cele negative foarte ușoare sunt situate de-a lungul marginilor. Prin urmare, purtătorii de încărcături diferite sunt particule care nu seamănă reciproc. Aceasta explică încărcarea atomilor: pot fi adăugate la element sau șterse. Echilibrul care a menținut neutralitatea întregului sistem a fost încălcat și atomul a dobândit o taxă.

Electroni, protoni, neutroni

Mai târziu sa descoperit: particulele negre luminoase sunt electroni, iar un nucleu greu pozitiv este format din două tipuri de nucleoni (protoni și neutroni). Protonii au diferit de neutroni numai prin faptul că primii au fost încărcați pozitiv și grei, iar acesta din urmă avea doar o masă. Schimbarea compoziției și încărcarea nucleului este dificilă: necesită energie incredibilă. Dar un atom de electroni este mult mai ușor de divizat. Există mai mulți atomi electronegativi, care sunt mai predispuși să "ia" un electron, și mai puțin electronegativ, care mai degrabă îl "dă". Astfel se formează sarcina atomului: dacă electronii sunt excesivi, atunci este negativ și dacă defectul este pozitiv.

Viața lungă a universului

Dar o astfel de structură a atomului a nedumerit oamenii de știință. Conform fizicii clasice care a predominat în acele zile, electronul, care continua să se deplaseze în jurul nucleului, trebuia să emită în mod continuu unde electromagnetice. Deoarece acest proces înseamnă o pierdere de energie, toate particulele negative ar pierde în curând viteza lor și vor cădea pe miez. Cu toate acestea, universul a existat de foarte mult timp, dar nu a fost încă o catastrofă la nivel mondial. Paradoxul unei materii prea vechi era berii.

Posterate de Bora

Postulatul Bohr ar putea explica discrepanța. Apoi au fost doar declarații, sare în necunoscut, care nu au fost susținute de calcule sau de teorie. Potrivit postulatelor, în atom au existat niveluri de energie ale electronilor. Fiecare particulă încărcată negativ ar putea fi doar la aceste niveluri. Tranziția între orbitale (nivelurile așa-numite) se realizează prin sărituri, în timp ce o cantitate de energie electromagnetică este emisă sau absorbită.

Mai târziu, descoperirea comportamentului cuantic al electronilor lui Planck este explicată.

Lumină și Atom

Cantitatea de energie necesară pentru o tranziție depinde de distanța dintre nivelurile de energie ale atomului. Cu cât sunt mai mult una de cealaltă, cu atât este mai mare cuantumul care poate fi extras sau absorbit.

După cum știți, lumina - aceasta este cuantumul câmpului electromagnetic. Astfel, atunci când un electron dintr-un atom trece de la un nivel superior la altul, acesta creează lumină. În acest caz, legea inversă acționează și atunci când un val electromagnetic cade pe un obiect, îi excită electronii și se transferă către o orbită mai înaltă.

În plus, nivelurile de energie ale atomului sunt individuale pentru fiecare tip de element chimic. Modelul distanțelor dintre orbite diferă pentru hidrogen și aur, tungsten și cupru, brom și sulf. Prin urmare, analiza spectrelor de emisie a oricărui obiect (inclusiv a stelelor) determină în mod unic ce substanțe și în ce cantități este prezentă.

Această metodă este utilizată pe scară largă. Analiza spectrală este utilizată:

• în criminalistică;
• în controlul calității alimentelor și a apei;
• în producția de bunuri;
• în crearea de noi materiale;
• în îmbunătățirea tehnologiei;
• în experimente științifice;
• în studiul stelelor.

Această listă arată doar cât de utilă este descoperirea nivelelor electronice în atom. Nivelurile electronice sunt cel mai rudest, cel mai mare. Există nivele de rotație mai mici și chiar mai fine. Dar ele sunt relevante numai pentru compușii complexi - molecule și solide.

Trebuie spus că structura nucleului nu a fost investigată până la capăt. De exemplu, nu există nici un răspuns la întrebarea de ce exact un anumit număr de neutroni corespund unui anumit număr de protoni. Oamenii de știință sugerează că nucleul atomic conține, de asemenea, un fel de analog de niveluri electronice. Cu toate acestea, acest lucru nu a fost încă dovedit.