Avui us explicarem quin és el nivell d'energia d'un àtom, quan una persona troba aquest concepte i on s'aplica.
Física escolar
La gent es troba per primera vegada amb la ciència a l'escola. I si al setè any d'estudi, els nens encara troben interessants nous coneixements en biologia i química, a les classes superiors comencen a tenir por. Quan arriba el torn de la física atòmica, les lliçons d'aquesta disciplina ja només inspiren fàstic per tasques incomprensibles. No obstant això, val la pena recordar que tots els descobriments que ara s'han convertit en assignatures escolars avorrides tenen una història no trivial i tot un arsenal d'aplicacions útils. Esbrinar com funciona el món és com obrir una capsa amb alguna cosa interessant a dins: sempre vols trobar un compartiment secret i trobar-hi un altre tresor. Avui parlarem d'un dels conceptes bàsics de la física atòmica, l'estructura de la matèria.
Indivisible, compost, quàntic
De la llengua grega antiga, la paraula "àtom" es tradueix com "indivisible, el més petit". Aquesta visió és una conseqüència de la història de la ciència. Alguns grecs i indis antics creien que tot el món estava format per partícules minúscules.
A la història moderna, els experiments de química es van fer molt abans que els físicsrecerca. Els estudiosos dels segles XVII i XVIII van treballar principalment per augmentar el poder militar d'un país, rei o duc. I per crear explosius i pólvora calia entendre en què consistien. Com a resultat, els investigadors van trobar que alguns elements no es poden separar més enllà d'un cert nivell. Això vol dir que hi ha els més petits portadors de propietats químiques.
Però estaven equivocats. L'àtom va resultar ser una partícula composta i la seva capacitat de canviar és de naturalesa quàntica. Això s'evidencia amb les transicions dels nivells d'energia de l'àtom.
Positiu i negatiu
A finals del segle XIX, els científics es van acostar a estudiar les partícules més petites de la matèria. Per exemple, estava clar que un àtom conté components carregats tant positivament com negativament. Però l'estructura de l'àtom era desconeguda: la disposició, la interacció, la relació entre el pes dels seus elements continuaven sent un misteri.
Rutherford va organitzar un experiment sobre la dispersió de partícules alfa per làmina d'or prima. Va trobar que al centre dels àtoms hi ha elements positius pesats i negatius molt lleugers a les vores. Això vol dir que els portadors de diferents càrregues són partícules que no són semblants entre si. Això explicava la càrrega dels àtoms: se'ls podia afegir o eliminar un element. L'equilibri que mantenia tot el sistema neutral es va trencar i l'àtom va adquirir una càrrega.
Electrons, protons, neutrons
Més tard va resultar: les partícules negatives lleugeres són electrons i un nucli positiu pesat està format perdos tipus de nucleons (protons i neutrons). Els protons es diferencien dels neutrons només perquè els primers eren carregats positivament i pesats, mentre que els segons només tenien massa. Canviar la composició i la càrrega del nucli és difícil: requereix energies increïbles. Però un àtom és molt més fàcil de dividir per un electró. Hi ha més àtoms electronegatius, que tenen més probabilitats de "treure" un electró, i d' altres menys electronegatius, que tenen més probabilitats de "regalar-lo". Així és com es forma la càrrega d'un àtom: si hi ha un excés d'electrons, és negativa, i si hi ha escassetat, és positiva.
Llarga vida de l'univers
Però aquesta estructura de l'àtom va desconcertar els científics. Segons la física clàssica que imperava en aquella època, un electró, que es movia constantment al voltant del nucli, havia d'irradiar ones electromagnètiques contínuament. Com que aquest procés suposa una pèrdua d'energia, totes les partícules negatives aviat perdrien la seva velocitat i caurien sobre el nucli. Tanmateix, l'univers existeix des de fa molt de temps i la catàstrofe global encara no s'ha produït. La paradoxa d'una matèria massa antiga s'estava gestant.
postulats de Bohr
Els postulats de Bohr podrien explicar la discrepància. Aleshores només eren afirmacions, s alts a la desconeguda, que no eren recolzades per càlculs o teoria. Segons els postulats, hi havia nivells d'energia d'electrons a l'àtom. Cada partícula carregada negativament només podria estar en aquests nivells. La transició entre orbitals (els anomenats nivells) es realitza mitjançant un s alt, mentre s'allibera o s'absorbeix una quantitat d'energia electromagnètica.energia.
Més tard, el descobriment del quàntic de Planck va explicar aquest comportament dels electrons.
Llum i àtom
La quantitat d'energia necessària per a la transició depèn de la distància entre els nivells d'energia de l'àtom. Com més lluny estan l'un de l' altre, més quàntic emès o absorbit.
Com sabeu, la llum és el quàntic del camp electromagnètic. Així, quan un electró d'un àtom es mou d'un nivell superior a un nivell inferior, crea llum. En aquest cas, també s'aplica la llei inversa: quan una ona electromagnètica cau sobre un objecte, excita els seus electrons i es mouen a un orbital superior.
A més, els nivells d'energia de l'àtom són individuals per a cada tipus d'element químic. El patró de distàncies entre orbitals és diferent per a l'hidrogen i l'or, el tungstè i el coure, el brom i el sofre. Per tant, una anàlisi dels espectres d'emissió de qualsevol objecte (incloses les estrelles) determina sense ambigüitats quines substàncies i en quina quantitat hi són presents.
Aquest mètode s'utilitza increïblement àmpliament. Anàlisi de l'espectre utilitzat:
- en medicina forense;
- en el control de la qualitat dels aliments i l'aigua;
- en la producció de béns;
- en la creació de nous materials;
- en la millora de la tecnologia;
- en experiments científics;
- en l'exploració de les estrelles.
Aquesta llista només mostra aproximadament la utilitat que ha estat el descobriment dels nivells electrònics a l'àtom. Els nivells electrònics són els més durs, els més grans. N'hi ha més petitesnivells de vibració, i encara més subtils de rotació. Però només són rellevants per a compostos complexos: molècules i sòlids.
Cal dir que l'estructura del nucli encara no s'ha explorat del tot. Per exemple, no hi ha resposta a la pregunta de per què aquest nombre de neutrons correspon a un nombre determinat de protons. Els científics suggereixen que el nucli atòmic també conté alguns nivells electrònics anàlegs. Tanmateix, això encara no s'ha demostrat.
