Bugun biz sizga atomning energiya darajasi nima ekanligini, inson bu tushunchaga qachon duch kelgani va u qayerda qoʻllanilishi haqida gapirib beramiz.
Maktab fizikasi
Odamlar ilm-fan bilan birinchi marta maktabda uchrashadilar. Va agar o'qishning ettinchi yilida bolalar hali ham biologiya va kimyo bo'yicha yangi bilimlarni qiziqarli deb topsalar, yuqori sinflarda ular qo'rqishni boshlaydilar. Atom fizikasining navbati kelganda, ushbu fan bo'yicha darslar allaqachon tushunarsiz vazifalar uchun faqat jirkanishni ilhomlantiradi. Ammo shuni esda tutish kerakki, endi zerikarli maktab mavzulariga aylangan barcha kashfiyotlar ahamiyatsiz tarixga va foydali ilovalarning butun arsenaliga ega. Dunyo qanday ishlashini bilish, ichida qiziqarli narsa bo'lgan qutini ochishga o'xshaydi: siz doimo yashirin bo'limni va u erda boshqa xazina topmoqchisiz. Bugun biz atom fizikasining asosiy tushunchalaridan biri, moddaning tuzilishi haqida gaplashamiz.
Boʻlinmas, kompozit, kvant
Qadimgi yunon tilidan "atom" so'zi "bo'linmas, eng kichik" deb tarjima qilingan. Bu qarash fan tarixining natijasidir. Qadimgi yunonlar va hindlarning ba'zilari dunyodagi hamma narsa mayda zarrachalardan iborat deb ishonishgan.
Zamonaviy tarixda kimyo boʻyicha tajribalar fizikadan ancha oldinroq qilingantadqiqot. XVII-XVIII asr olimlari birinchi navbatda mamlakat, qirol yoki gersogning harbiy qudratini oshirishga harakat qilganlar. Va portlovchi moddalar va porox yaratish uchun ular nimadan iboratligini tushunish kerak edi. Natijada tadqiqotchilar ba'zi elementlarni ma'lum darajadan tashqari ajratib bo'lmasligini aniqladilar. Bu kimyoviy xossalarning eng kichik tashuvchilari borligini bildiradi.
Lekin ular xato qilishdi. Atom kompozit zarracha bo'lib chiqdi va uning o'zgarish qobiliyati kvant xarakteriga ega. Buni atomning energiya darajalarining o'tishlari tasdiqlaydi.
Ijobiy va salbiy
XIX asrning oxirida olimlar materiyaning eng kichik zarralarini o'rganishga yaqinlashdilar. Masalan, atomda ham musbat, ham manfiy zaryadlangan komponentlar borligi aniq edi. Ammo atomning tuzilishi noma'lum edi: uning elementlarining joylashishi, o'zaro ta'siri, vaznining nisbati sir bo'lib qoldi.
Ruterford yupqa oltin folga bilan alfa zarralarini sochish bo'yicha tajriba o'rnatdi. U atomlarning markazida og'ir musbat elementlar, juda engil manfiy elementlar esa chekkalarida joylashganligini aniqladi. Bu shuni anglatadiki, har xil zaryadlarning tashuvchilari bir-biriga o'xshash bo'lmagan zarralardir. Bu atomlarning zaryadini tushuntirdi: ularga element qo'shilishi yoki olib tashlanishi mumkin. Butun tizimni neytral holatda ushlab turuvchi muvozanat buzildi va atom zaryad oldi.
Elektronlar, protonlar, neytronlar
Keyinchalik ma'lum bo'ldi: engil manfiy zarralar elektronlar, og'ir musbat yadro esa quyidagilardan iborat.ikki turdagi nuklonlar (protonlar va neytronlar). Protonlar neytronlardan faqat birinchisi musbat zaryadlangan va og'ir, ikkinchisi esa faqat massaga ega bo'lganligi bilan farq qilar edi. Yadroning tarkibi va zaryadini o'zgartirish qiyin: bu aql bovar qilmaydigan energiya talab qiladi. Ammo atomni elektronga bo'lish ancha oson. Elektromanfiy atomlar ko'proq bo'lib, ular elektronni "olib qo'yish" ehtimoli ko'proq va kamroq elektronegativ atomlar - uni "berish" ehtimoli ko'proq. Atomning zaryadi shunday hosil bo'ladi: agar elektronlar ortiqcha bo'lsa, u manfiy, kam bo'lsa, musbatdir.
Koinotning uzoq umri
Ammo atomning bu tuzilishi olimlarni hayratda qoldirdi. O'sha davrda hukmron bo'lgan klassik fizikaga ko'ra, yadro atrofida doimiy harakatda bo'lgan elektron doimiy ravishda elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak edi. Bu jarayon energiyani yo'qotish degani bois, barcha manfiy zarralar tez orada tezligini yo'qotib, yadroga tushadi. Biroq, koinot juda uzoq vaqtdan beri mavjud va global falokat hali sodir bo'lmagan. Juda eski materiyaning paradoksi paydo bo'ldi.
Bohr postulatlari
Bohrning postulatlari nomuvofiqlikni tushuntirishi mumkin. Keyin ular shunchaki da'volar, noma'lumga sakrashlar edi, ular hisoblar yoki nazariyalar bilan qo'llab-quvvatlanmaydi. Postulatlarga ko'ra, atomda elektronlarning energiya darajalari mavjud edi. Har bir manfiy zaryadlangan zarracha faqat shu darajalarda bo'lishi mumkin edi. Orbitallar orasidagi o'tish (darajalar deb ataladigan) sakrash orqali amalga oshiriladi, shu bilan birga elektromagnit energiyaning kvanti chiqariladi yoki so'riladi.energiya.
Keyinchalik Plankning kvantni kashf etishi elektronlarning bunday harakatini tushuntirdi.
Nur va atom
Oʻtish uchun zarur boʻlgan energiya miqdori atomning energiya darajalari orasidagi masofaga bogʻliq. Ular bir-biridan qanchalik uzoq bo'lsa, shuncha ko'p emissiya yoki so'rilgan kvant.
Ma'lumki, yorug'lik elektromagnit maydonning kvantidir. Shunday qilib, atomdagi elektron yuqoridan pastroq darajaga o'tganda, u yorug'lik hosil qiladi. Bunday holda, teskari qonun ham qo'llaniladi: elektromagnit to'lqin jismga tushganda uning elektronlarini qo'zg'atadi va ular yuqori orbitalga o'tadi.
Bundan tashqari, atomning energiya darajalari har bir kimyoviy element turi uchun individualdir. Orbitallar orasidagi masofa vodorod va oltin, volfram va mis, brom va oltingugurt uchun har xil. Shuning uchun, har qanday ob'ektning (jumladan, yulduzlarning) emissiya spektrlarini tahlil qilish unda qanday moddalar va qancha miqdorda mavjudligini aniq aniqlaydi.
Bu usul nihoyatda keng qo'llaniladi. Ishlatilgan spektr tahlili:
- sud tibbiyotida;
- oziq-ovqat va suv sifatini nazorat qilishda;
- mahsulot ishlab chiqarishda;
- yangi materiallar yaratishda;
- texnologiyani takomillashtirishda;
- ilmiy tajribalarda;
- yulduzlarni tadqiq qilishda.
Ushbu roʻyxat atomdagi elektron darajalarning kashf etilishi qanchalik foydali boʻlganini koʻrsatadi. Elektron darajalar eng qo'pol, eng katta. Kichikroqlari bortebranish va undan ham nozik aylanish darajalari. Lekin ular faqat murakkab birikmalar - molekulalar va qattiq moddalar uchun tegishli.
Aytish kerakki, yadro tuzilishi hali toʻliq oʻrganilmagan. Masalan, nega bunday miqdordagi neytronlar ma'lum miqdordagi protonlarga to'g'ri keladi, degan savolga javob yo'q. Olimlarning ta'kidlashicha, atom yadrosida elektron darajalarning ba'zi analoglari ham mavjud. Biroq, bu hali isbotlanmagan.
