Hoje vamos falar sobre qual é o nível de energia de um átomo, quando uma pessoa encontra esse conceito e onde ele é aplicado.
Física Escolar
As pessoas encontram a ciência pela primeira vez na escola. E se no sétimo ano de estudo, as crianças ainda acham novos conhecimentos em biologia e química interessantes, então nas aulas do último ano elas começam a ter medo. Quando chega a vez da física atômica, as aulas dessa disciplina já inspiram apenas repugnância por tarefas incompreensíveis. No entanto, vale lembrar que todas as descobertas que agora se transformaram em matérias escolares chatas têm uma história não trivial e todo um arsenal de aplicações úteis. Descobrir como o mundo funciona é como abrir uma caixa com algo interessante dentro: você sempre quer encontrar um compartimento secreto e encontrar outro tesouro lá. Hoje falaremos sobre um dos conceitos básicos da física atômica, a estrutura da matéria.
Indivisível, composto, quântico
Da língua grega antiga, a palavra "átomo" é traduzida como "indivisível, menor". Essa visão é uma consequência da história da ciência. Alguns antigos gregos e indianos acreditavam que tudo no mundo era feito de partículas minúsculas.
Na história moderna, os experimentos em química foram feitos muito antes do físicopesquisar. Estudiosos dos séculos XVII e XVIII trabalharam principalmente para aumentar o poder militar de um país, rei ou duque. E para criar explosivos e pólvora, era necessário entender em que consistem. Como resultado, os pesquisadores descobriram que alguns elementos não podem ser separados além de um certo nível. Isso significa que existem os menores portadores de propriedades químicas.
Mas eles estavam errados. O átomo acabou por ser uma partícula composta, e sua capacidade de mudar é de natureza quântica. Isso é evidenciado pelas transições dos níveis de energia do átomo.
Positivo e negativo
No final do século XIX, os cientistas chegaram perto de estudar as menores partículas da matéria. Por exemplo, ficou claro que um átomo contém componentes carregados positivamente e negativamente. Mas a estrutura do átomo era desconhecida: o arranjo, a interação, a proporção do peso de seus elementos permaneciam um mistério.
Rutherford montou um experimento sobre a dispersão de partículas alfa por uma fina folha de ouro. Ele descobriu que no centro dos átomos estão os elementos positivos pesados, e os negativos muito leves estão localizados nas bordas. Isso significa que os portadores de cargas diferentes são partículas que não são semelhantes entre si. Isso explicava a carga dos átomos: um elemento poderia ser adicionado a eles ou removido. O equilíbrio que mantinha todo o sistema neutro foi quebrado e o átomo adquiriu uma carga.
Elétrons, prótons, nêutrons
Mais tarde descobriu-se: partículas negativas leves são elétrons, e um núcleo positivo pesado consiste emdois tipos de núcleons (prótons e nêutrons). Os prótons diferiam dos nêutrons apenas porque os primeiros eram carregados positivamente e pesados, enquanto os últimos tinham apenas massa. Mudar a composição e a carga do núcleo é difícil: requer energias incríveis. Mas um átomo é muito mais fácil de dividir por um elétron. Existem átomos mais eletronegativos, que são mais propensos a "tirar" um elétron, e menos eletronegativos, que são mais propensos a "entregá-lo". É assim que a carga de um átomo é formada: se houver excesso de elétrons, então é negativo, e se houver f alta, então é positivo.
Longa vida do universo
Mas essa estrutura do átomo intrigou os cientistas. De acordo com a física clássica que prevalecia na época, um elétron, que estava em constante movimento ao redor do núcleo, tinha que irradiar continuamente ondas eletromagnéticas. Como esse processo significa perda de energia, todas as partículas negativas logo perderiam sua velocidade e cairiam no núcleo. No entanto, o universo existe há muito tempo e a catástrofe global ainda não ocorreu. O paradoxo da matéria muito antiga estava se formando.
postulados de Bohr
Os postulados de Bohr podem explicar a discrepância. Então eram apenas afirmações, s altos para o desconhecido, que não eram apoiados por cálculos ou teoria. De acordo com os postulados, havia níveis de energia dos elétrons no átomo. Cada partícula carregada negativamente só poderia estar nesses níveis. A transição entre os orbitais (os chamados níveis) é realizada por um s alto, enquanto um quantum de energia eletromagnética é liberado ou absorvido.energia.
Mais tarde, a descoberta do quantum por Planck explicou esse comportamento dos elétrons.
Luz e átomo
A quantidade de energia necessária para a transição depende da distância entre os níveis de energia do átomo. Quanto mais distantes um do outro, mais quantum emitido ou absorvido.
Como você sabe, a luz é o quantum do campo eletromagnético. Assim, quando um elétron em um átomo se move de um nível mais alto para um mais baixo, ele cria luz. Neste caso, a lei inversa também se aplica: quando uma onda eletromagnética incide sobre um objeto, ela excita seus elétrons, e eles se movem para um orbital mais alto.
Além disso, os níveis de energia do átomo são individuais para cada tipo de elemento químico. O padrão de distâncias entre os orbitais é diferente para hidrogênio e ouro, tungstênio e cobre, bromo e enxofre. Portanto, uma análise dos espectros de emissão de qualquer objeto (incluindo estrelas) determina inequivocamente quais substâncias e em que quantidade estão presentes nele.
Este método é muito usado. Análise de espectro usada:
- em perícia;
- no controle de qualidade de alimentos e água;
- na produção de bens;
- na criação de novos materiais;
- na melhoria da tecnologia;
- em experimentos científicos;
- na exploração das estrelas.
Esta lista mostra apenas aproximadamente quão útil tem sido a descoberta de níveis eletrônicos no átomo. Os níveis eletrônicos são os mais ásperos, os maiores. Existem menoresníveis vibracionais e rotacionais ainda mais sutis. Mas eles são relevantes apenas para compostos complexos - moléculas e sólidos.
Deve-se dizer que a estrutura do núcleo ainda não foi totalmente explorada. Por exemplo, não há resposta para a questão de por que tal número de nêutrons corresponde a um certo número de prótons. Os cientistas sugerem que o núcleo atômico também contém algum análogo de níveis eletrônicos. No entanto, isso ainda não foi comprovado.
