Vandag sal ons jou vertel van wat die energievlak van 'n atoom is, wanneer 'n persoon hierdie konsep teëkom, en waar dit toegepas word.
Skoolfisika
Mense ontmoet wetenskap vir die eerste keer op skool. En as kinders in die sewende studiejaar steeds nuwe kennis in biologie en chemie interessant vind, dan begin hulle in die senior klasse bang wees. Wanneer die beurt van atoomfisika kom, wek lesse in hierdie dissipline reeds net weersin vir onverstaanbare take. Dit is egter die moeite werd om te onthou dat al die ontdekkings wat nou in vervelige skoolvakke ontaard het, 'n nie-onbelangrike geskiedenis en 'n hele arsenaal van nuttige toepassings het. Om uit te vind hoe die wêreld werk, is soos om 'n boks oop te maak met iets interessants binne: jy wil altyd 'n geheime kompartement vind en 'n ander skat daar vind. Vandag sal ons praat oor een van die basiese konsepte van atoomfisika, die struktuur van materie.
Ondeelbaar, saamgestelde, kwantum
Uit die antieke Griekse taal word die woord "atoom" vertaal as "ondeelbaar, kleinste". Hierdie siening is 'n gevolg van die geskiedenis van die wetenskap. Sommige antieke Grieke en Indiërs het geglo dat alles in die wêreld uit klein deeltjies bestaan het.
In die moderne geskiedenis is eksperimente in chemie baie vroeër as fisies gemaaknavorsing. Geleerdes van die sewentiende en agtiende eeue het hoofsaaklik gewerk om die militêre mag van 'n land, koning of hertog te vergroot. En om plofstof en buskruit te skep, was dit nodig om te verstaan waaruit dit bestaan. As gevolg hiervan het die navorsers bevind dat sommige elemente nie verder as 'n sekere vlak geskei kan word nie. Dit beteken dat daar die kleinste draers van chemiese eienskappe is.
Maar hulle was verkeerd. Die atoom het geblyk 'n saamgestelde deeltjie te wees, en sy vermoë om te verander is van 'n kwantumaard. Dit word bewys deur die oorgange van die energievlakke van die atoom.
Positief en negatief
Aan die einde van die negentiende eeu het wetenskaplikes naby gekom om die kleinste deeltjies van materie te bestudeer. Dit was byvoorbeeld duidelik dat 'n atoom beide positief en negatief gelaaide komponente bevat. Maar die struktuur van die atoom was onbekend: die rangskikking, interaksie, die verhouding van die gewig van sy elemente het 'n raaisel gebly.
Rutherford het 'n eksperiment opgestel oor die verstrooiing van alfa-deeltjies deur dun goue foelie. Hy het gevind dat in die middel van die atome swaar positiewe elemente is, en baie ligte negatiewes is aan die rande geleë. Dit beteken dat die draers van verskillende ladings deeltjies is wat nie aan mekaar ooreenstem nie. Dit het die lading van atome verduidelik: 'n element kan daarby gevoeg of verwyder word. Die balans wat die hele stelsel neutraal gehou het, is gebreek, en die atoom het 'n lading verkry.
Elektrone, protone, neutrone
Later het dit geblyk: ligte negatiewe deeltjies is elektrone, en 'n swaar positiewe kern bestaan uittwee tipes nukleone (protone en neutrone). Protone het slegs van neutrone verskil deurdat eersgenoemde positief gelaai en swaar was, terwyl laasgenoemde net massa gehad het. Dit is moeilik om die samestelling en lading van die kern te verander: dit verg ongelooflike energieë. Maar 'n atoom is baie makliker om deur 'n elektron te deel. Daar is meer elektronegatiewe atome, wat meer geneig is om 'n elektron te "wegneem", en minder elektronegatiewe, wat meer geneig is om dit te "weggee". Dit is hoe die lading van 'n atoom gevorm word: as daar 'n oormaat elektrone is, dan is dit negatief, en as daar 'n tekort is, dan is dit positief.
Lang lewe van die heelal
Maar hierdie struktuur van die atoom het wetenskaplikes verbaas. Volgens die klassieke fisika wat destyds geheers het, moes 'n elektron, wat voortdurend om die kern beweeg het, voortdurend elektromagnetiese golwe uitstraal. Aangesien hierdie proses 'n verlies aan energie beteken, sal alle negatiewe deeltjies binnekort hul spoed verloor en op die kern val. Die heelal bestaan egter al baie lank, en die globale ramp het nog nie plaasgevind nie. Die paradoks van te ou materie was besig om te broei.
Bohr se postulate
Bohr se postulate kan die teenstrydigheid verduidelik. Toe was dit net bewerings, spronge in die onbekende, wat nie deur berekeninge of teorie ondersteun is nie. Volgens die postulate was daar energievlakke van elektrone in die atoom. Elke negatief gelaaide deeltjie kan slegs op hierdie vlakke wees. Die oorgang tussen orbitale (die sogenaamde vlakke) word deur 'n sprong uitgevoer, terwyl 'n kwantum elektromagnetiese energie vrygestel of geabsorbeer word.energie.
Later het Planck se ontdekking van die kwantum hierdie gedrag van elektrone verklaar.
Lig en atoom
Die hoeveelheid energie wat benodig word vir die oorgang hang af van die afstand tussen die energievlakke van die atoom. Hoe verder hulle van mekaar is, hoe meer uitgestraal of geabsorbeerde kwantum.
Soos jy weet, is lig die kwantum van die elektromagnetiese veld. Dus, wanneer 'n elektron in 'n atoom van 'n hoër na 'n laer vlak beweeg, skep dit lig. In hierdie geval geld die omgekeerde wet ook: wanneer 'n elektromagnetiese golf op 'n voorwerp val, prikkel dit sy elektrone, en hulle beweeg na 'n hoër orbitaal.
Daarbenewens is die energievlakke van die atoom individueel vir elke tipe chemiese element. Die patroon van afstande tussen orbitale verskil vir waterstof en goud, wolfram en koper, broom en swael. Daarom bepaal 'n ontleding van die emissiespektra van enige voorwerp (insluitend sterre) ondubbelsinnig watter stowwe en in watter hoeveelheid daarin aanwesig is.
Hierdie metode word ongelooflik wyd gebruik. Spektrumanalise gebruik:
- in forensics;
- in voedsel- en watergeh altebeheer;
- in die produksie van goedere;
- in die skep van nuwe materiaal;
- in die verbetering van tegnologie;
- in wetenskaplike eksperimente;
- in die verkenning van die sterre.
Hierdie lys wys net rofweg hoe nuttig die ontdekking van elektroniese vlakke in die atoom was. Elektroniese vlakke is die rofste, die grootste. Daar is kleinervibrasie, en selfs meer subtiele rotasievlakke. Maar hulle is slegs relevant vir komplekse verbindings - molekules en vaste stowwe.
Daar moet gesê word dat die struktuur van die kern nog nie volledig ondersoek is nie. Daar is byvoorbeeld geen antwoord op die vraag waarom so 'n aantal neutrone met 'n sekere aantal protone ooreenstem nie. Wetenskaplikes stel voor dat die atoomkern ook 'n analoog van elektroniese vlakke bevat. Dit is egter nog nie bewys nie.
