Այսօր մենք ձեզ կպատմենք, թե որն է ատոմի էներգիայի մակարդակը, երբ մարդը հանդիպում է այս հասկացությանը և որտեղ է այն կիրառվում:
Դպրոցական ֆիզիկա
Մարդիկ գիտությանը առաջին անգամ հանդիպում են դպրոցում: Եվ եթե ուսման յոթերորդ տարում երեխաներին դեռ հետաքրքիր են կենսաբանության և քիմիայի նոր գիտելիքները, ապա ավագ դասարաններում նրանք սկսում են վախենալ։ Երբ հերթը հասնում է ատոմային ֆիզիկային, այս առարկայի դասերն արդեն միայն զզվանք են ներշնչում անհասկանալի առաջադրանքների հանդեպ։ Այնուամենայնիվ, հարկ է հիշել, որ բոլոր հայտնագործությունները, որոնք այժմ վերածվել են ձանձրալի դպրոցական առարկաների, ունեն ոչ տրիվիալ պատմություն և օգտակար կիրառությունների մի ամբողջ զինանոց։ Պարզել, թե ինչպես է աշխատում աշխարհը, նման է արկղ բացելուն, որի ներսում ինչ-որ հետաքրքիր բան կա. դու միշտ ուզում ես գաղտնի կուպե գտնել և այնտեղ մեկ այլ գանձ գտնել: Այսօր մենք կխոսենք ատոմային ֆիզիկայի հիմնական հասկացություններից մեկի՝ նյութի կառուցվածքի մասին։
Անբաժանելի, բաղադրյալ, քվանտ
Հին հունարենից «ատոմ» բառը թարգմանվում է որպես «անբաժանելի, ամենափոքր»: Այս տեսակետը գիտության պատմության հետեւանք է։ Որոշ հին հույներ և հնդիկներ կարծում էին, որ աշխարհում ամեն ինչ կազմված է մանր մասնիկներից:
Ժամանակակից պատմության մեջ քիմիայի փորձերը կատարվել են շատ ավելի վաղ, քան ֆիզիկականըհետազոտություն. Տասնյոթերորդ և տասնութերորդ դարերի գիտնականները հիմնականում աշխատել են երկրի, թագավորի կամ դուքսի ռազմական հզորությունը բարձրացնելու համար: Իսկ պայթուցիկներ ու վառոդ ստեղծելու համար պետք էր հասկանալ, թե դրանք ինչից են բաղկացած։ Արդյունքում հետազոտողները պարզել են, որ որոշ տարրեր չեն կարող առանձնացվել որոշակի մակարդակից այն կողմ։ Սա նշանակում է, որ կան քիմիական հատկությունների ամենափոքր կրողներ։
Բայց նրանք սխալվեցին: Պարզվեց, որ ատոմը կոմպոզիտային մասնիկ է, և նրա փոփոխվելու ունակությունը քվանտային բնույթ ունի։ Դրա մասին են վկայում ատոմի էներգետիկ մակարդակների անցումները։
Դրական և բացասական
Տասնիններորդ դարի վերջում գիտնականները մոտեցան նյութի ամենափոքր մասնիկների ուսումնասիրությանը: Օրինակ, պարզ էր, որ ատոմը պարունակում է ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական լիցքավորված բաղադրիչներ: Բայց ատոմի կառուցվածքն անհայտ էր. դասավորությունը, փոխազդեցությունը, նրա տարրերի քաշի հարաբերակցությունը մնում էր առեղծված։
Ռադերֆորդը փորձ է արել բարակ ոսկե փայլաթիթեղով ալֆա մասնիկների ցրման վերաբերյալ: Նա պարզել է, որ ատոմների կենտրոնում ծանր դրական տարրեր են, իսկ շատ թեթև բացասականները՝ ծայրերում։ Սա նշանակում է, որ տարբեր լիցքերի կրողներ մասնիկներ են, որոնք նման չեն միմյանց։ Սա բացատրում էր ատոմների լիցքը. տարր կարելի էր ավելացնել կամ հեռացնել նրանց: Ամբողջ համակարգը չեզոք պահող հավասարակշռությունը կոտրվեց, և ատոմը լիցք ստացավ։
Էլեկտրոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ
Հետագայում պարզվեց՝ թեթև բացասական մասնիկները էլեկտրոններ են, իսկ ծանր դրական միջուկը բաղկացած է.երկու տեսակի նուկլեոններ (պրոտոններ և նեյտրոններ): Պրոտոնները նեյտրոններից տարբերվում էին միայն նրանով, որ առաջինները դրական լիցքավորված էին և ծանր, մինչդեռ երկրորդները ունեին միայն զանգված։ Միջուկի կազմը և լիցքը փոխելը դժվար է. այն անհավանական էներգիա է պահանջում: Բայց ատոմը շատ ավելի հեշտ է բաժանել էլեկտրոնի վրա: Կան ավելի շատ էլեկտրաբացասական ատոմներ, որոնք ավելի հավանական է, որ «խլեն» էլեկտրոնը, և ավելի քիչ էլեկտրաբացասականներ, որոնք ավելի հավանական է «տանեն»: Ատոմի լիցքը ձևավորվում է այսպես՝ եթե էլեկտրոնների ավելցուկ կա, ապա այն բացասական է, իսկ եթե պակասում է՝ դրական։
Տիեզերքի երկարատև կյանք
Բայց ատոմի այս կառուցվածքը տարակուսանքի մեջ է գցել գիտնականներին: Ըստ դասական ֆիզիկայի, որն այն ժամանակ գերակշռում էր, էլեկտրոնը, որն անընդհատ պտտվում էր միջուկի շուրջ, պետք է անընդհատ ճառագեր էլեկտրամագնիսական ալիքներ։ Քանի որ այս գործընթացը նշանակում է էներգիայի կորուստ, բոլոր բացասական մասնիկները շուտով կկորցնեն իրենց արագությունը և կընկնեն միջուկի վրա: Այնուամենայնիվ, տիեզերքը գոյություն ունի շատ երկար ժամանակ, և համաշխարհային աղետը դեռ տեղի չի ունեցել: Չափազանց հին նյութի պարադոքսը հասունանում էր:
Բորի պոստուլատները
Բորի պոստուլատները կարող են բացատրել անհամապատասխանությունը: Հետո դրանք պարզապես պնդումներ էին, թռիչքներ դեպի անհայտ, որոնք չէին հաստատվում հաշվարկներով կամ տեսությամբ։ Ըստ պոստուլատների՝ ատոմում եղել են էլեկտրոնների էներգիայի մակարդակներ։ Յուրաքանչյուր բացասական լիցքավորված մասնիկ կարող էր լինել միայն այս մակարդակներում: Օրբիտալների միջև անցումը (այսպես կոչված մակարդակները) իրականացվում է ցատկով, մինչդեռ էլեկտրամագնիսական էներգիայի քվանտն ազատվում կամ կլանվում է։էներգիա։
Հետագայում Պլանկի քվանտի հայտնաբերումը բացատրեց էլեկտրոնների այս վարքագիծը:
Լույս և ատոմ
Անցման համար պահանջվող էներգիայի քանակը կախված է ատոմի էներգիայի մակարդակների հեռավորությունից: Որքան հեռու են դրանք միմյանցից, այնքան ավելի արտանետվող կամ կլանված քվանտ:
Ինչպես գիտեք, լույսը էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտն է։ Այսպիսով, երբ ատոմում էլեկտրոնը բարձրից ավելի ցածր մակարդակ է տեղափոխվում, այն լույս է ստեղծում: Այս դեպքում գործում է նաև հակառակ օրենքը՝ երբ էլեկտրամագնիսական ալիքը ընկնում է առարկայի վրա, այն գրգռում է նրա էլեկտրոնները և նրանք շարժվում են դեպի ավելի բարձր ուղեծիր։
Բացի այդ, ատոմի էներգիայի մակարդակները անհատական են յուրաքանչյուր տեսակի քիմիական տարրի համար: Օրբիտալների միջև հեռավորությունների օրինաչափությունը տարբեր է ջրածնի և ոսկու, վոլֆրամի և պղնձի, բրոմի և ծծմբի համար: Հետևաբար, ցանկացած օբյեկտի (ներառյալ աստղերի) արտանետումների սպեկտրների վերլուծությունը միանշանակորեն որոշում է, թե որ նյութերը և ինչ քանակով կան դրանում:
Այս մեթոդը անհավատալիորեն լայնորեն կիրառվում է: Օգտագործված սպեկտրի վերլուծություն՝
- դատաբժշկական;
- սննդի և ջրի որակի վերահսկման մեջ;
- ապրանքների արտադրության մեջ;
- նոր նյութեր ստեղծելիս;
- տեխնոլոգիայի բարելավման մեջ;
- գիտական փորձարկումներում;
- աստղերի հետազոտության մեջ:
Այս ցուցակը միայն մոտավորապես ցույց է տալիս, թե որքան օգտակար է եղել ատոմում էլեկտրոնային մակարդակների հայտնաբերումը: Էլեկտրոնային մակարդակները ամենակոպիտն են, ամենամեծը: Կան ավելի փոքրթրթռումային և նույնիսկ ավելի նուրբ պտտվող մակարդակներ: Բայց դրանք տեղին են միայն բարդ միացությունների՝ մոլեկուլների և պինդ մարմինների համար։
Պետք է ասել, որ միջուկի կառուցվածքը դեռ ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ։ Օրինակ, չկա պատասխան այն հարցին, թե ինչու է նեյտրոնների նման քանակությունը համապատասխանում պրոտոնների որոշակի քանակին։ Գիտնականները ենթադրում են, որ ատոմային միջուկը պարունակում է նաև էլեկտրոնային մակարդակների որոշ անալոգներ: Այնուամենայնիվ, դա դեռ ապացուցված չէ։
