سنخبرك اليوم ما هو مستوى الطاقة للذرة عندما يواجه الشخص بهذا المفهوم ، وأين يتم تطبيقه.
يلتقي الناس أولاً بالعلوم الطبيعيةفي المدرسة. وإذا كان الأطفال في السنة السابعة من الدراسة لا يزالون يجدون معرفة جديدة في علم الأحياء والكيمياء مثيرة للاهتمام ، فإنهم في المدرسة الثانوية يبدأون في الخوف منهم. عندما يأتي دور الفيزياء الذرية ، فإن الدروس في هذا التخصص تلهم فقط النفور من المهام الغامضة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن جميع الاكتشافات التي تحولت الآن إلى مواد مدرسية مملة لها تاريخ غير تافه وترسانة كاملة من التطبيقات المفيدة. إن معرفة كيف يعمل العالم يشبه فتح صندوق به شيء مثير للاهتمام في الداخل: فأنت تريد دائمًا العثور على مقصورة سرية واكتشاف كنز آخر هناك. سنتحدث اليوم عن أحد المفاهيم الأساسية للفيزياء الذرية ، وهي بنية المادة.
تُترجم كلمة "ذرة" من اللغة اليونانية القديمةكـ "غير قابل للتجزئة ، أصغر". هذا الرأي هو نتيجة لتاريخ العلم. يعتقد بعض اليونانيين القدماء والهنود أن كل شيء في العالم يتكون من أصغر الجسيمات.
في التاريخ الحديث ، كانت تجارب الكيمياءأنتجت في وقت أبكر بكثير من البحث الفيزيائي. عمل علماء القرنين السابع عشر والثامن عشر في المقام الأول على زيادة القوة العسكرية للبلاد أو الملك أو الدوق. ومن أجل صنع المتفجرات والبارود ، كان من الضروري فهم ما تتكون منه. نتيجة لذلك ، اكتشف الباحثون: بعض العناصر لا يمكن فصلها عن مستوى معين. وبالتالي ، هناك أصغر ناقلات للخصائص الكيميائية.
لكنهم كانوا مخطئين. تبين أن الذرة عبارة عن جسيم مركب ، وقدرتها على التغيير ذات طبيعة كمومية. يتضح هذا من خلال التحولات في مستويات الطاقة في الذرة.
في نهاية القرن التاسع عشر ، اقترب العلماء منجاء لدراسة أصغر جسيمات المادة. على سبيل المثال ، كان واضحًا: أن الذرة تحتوي على مكونات ذات شحنة موجبة وسالبة. لكن بنية الذرة كانت غير معروفة: ظل الموقع والتفاعل ونسبة الوزن لعناصرها لغزا.
أجرى رذرفورد تجربة على تشتت جسيمات ألفارقائق الذهب الرقيقة. وجد أن هناك عناصر موجبة ثقيلة في وسط الذرات ، وعناصر سلبية خفيفة للغاية تقع عند الحواف. هذا يعني أن ناقلات الشحنات المختلفة عبارة عن جسيمات لا تتشابه مع بعضها البعض. هذا يفسر شحنة الذرات: يمكن إضافة عنصر إليها أو إزالته. تم انتهاك التوازن الذي حافظ على حيادية النظام بأكمله ، واكتسبت الذرة شحنة.
اتضح فيما بعد: الجسيمات السالبة للضوء عبارة عن إلكترونات ، وتتكون النواة الموجبة الثقيلة من نوعين من النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات). اختلفت البروتونات عن النيوترونات فقط في أن الأولى كانت ثقيلة الشحنة موجبة الشحنة ، بينما كانت للأخيرة كتلة فقط. من الصعب تغيير تكوين وشحنة النواة: فهي تتطلب طاقات لا تصدق. لكن من الأسهل بكثير تقسيم الذرة على الإلكترون. هناك المزيد من الذرات الكهربية ، التي تكون أكثر استعدادًا "لسحب" إلكترون ، وأقل كهرسلبية ، والتي من المرجح أن "تتخلى عنها". هذه هي الطريقة التي تتشكل بها شحنة الذرة: إذا كان هناك فائض من الإلكترونات ، فهو سالب ، وإذا كان هناك نقص فهو موجب.
لكن هيكل الذرة هذا حير العلماء. وفقًا للفيزياء الكلاسيكية السائدة في ذلك الوقت ، كان على الإلكترون ، الذي كان يتحرك طوال الوقت حول النواة ، أن يبعث باستمرار موجات كهرومغناطيسية. نظرًا لأن هذه العملية تعني فقدان الطاقة ، فستفقد جميع الجسيمات السالبة سرعتها قريبًا وتسقط على اللب. ومع ذلك ، فإن الكون موجود لفترة طويلة جدًا ، ولم تحدث الكارثة العالمية بعد. كانت مفارقة المادة القديمة تختمر.
كانت مسلمات بوهر قادرة على تفسير التناقض. ثم كانت هذه مجرد عبارات ، قفزات إلى المجهول ، لم تكن مدعومة بحسابات أو نظرية. وفقًا للمسلمات ، كانت هناك مستويات طاقة للإلكترونات في الذرة. يمكن أن يكون كل جسيم سالب الشحنة عند هذه المستويات فقط. يتم الانتقال بين المدارات (ما يسمى بالمستويات) عن طريق قفزة ، بينما يتم إطلاق أو امتصاص كمية من الطاقة الكهرومغناطيسية.
في وقت لاحق ، أوضح اكتشاف بلانك للكم سلوك الإلكترونات هذا.
تعتمد كمية الطاقة المطلوبة للانتقال على المسافة بين مستويات الطاقة في الذرة. وكلما كانت المسافة بعيدة عن بعضها البعض ، زاد الكم المنبعث أو الممتص.
كما تعلم ، الضوء هو كم.حقل كهرومغناطيسي. وهكذا ، عندما يتحرك إلكترون في ذرة من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى ، فإنه يخلق الضوء. في هذه الحالة ، يعمل القانون المعاكس أيضًا: عندما تصطدم موجة كهرومغناطيسية بجسم ما ، فإنها تثير إلكتروناته ، وتتحرك إلى مدار أعلى.
بالإضافة إلى مستويات الطاقة في الذرةفردية لكل نوع من العناصر الكيميائية. يختلف نمط المسافات بين المدارات بالنسبة للهيدروجين والذهب والتنغستن والنحاس والبروم والكبريت. لذلك ، فإن تحليل أطياف الانبعاث لأي جسم (بما في ذلك النجم) يحدد بشكل لا لبس فيه المواد والكمية الموجودة فيه.
هذه الطريقة تستخدم على نطاق واسع بشكل لا يصدق. يستخدم التحليل الطيفي:
هذه القائمة تبين فقط المقدار تقريباتبين أن اكتشاف المستويات الإلكترونية في الذرة مفيد. المستويات الإلكترونية هي الأكثر خشونة والأكبر. هناك مستويات اهتزاز أصغر ومستويات دوران أدق. لكنها ذات صلة فقط بالمركبات المعقدة - الجزيئات والمواد الصلبة.
يجب أن أقول إن بنية النواة لا تزال غير موجودةالتحقيق حتى النهاية. على سبيل المثال ، لا توجد إجابة لسؤال لماذا يتوافق عدد معين من البروتونات مع هذا العدد من النيوترونات. يقترح العلماء أن النواة الذرية تحتوي أيضًا على بعض المستويات التماثلية الإلكترونية. ومع ذلك ، هذا لم يتم إثباته بعد.
