Energijski nivoji elektrona v atomu. Kvantizacijska razlaga: Dualnost valovanja in delcev

Ta članek vam pove, kdaj so bile odkrite ravni energije. In tudi, kako so bili razloženi in kako se uporablja lastnost snovi kot kvantizacija energije elektronov v atomu.

Strela in marmor

Struktura snovi je zanimala človeštvo, saj je postalo možno zastaviti abstraktna vprašanja brez skrbi za hrano. Strašni pojavi, kot so strele, poplave, suše, so povzročili grozo. Nezmožnost, da bi pojasnili, kaj se dogaja okoli, je privedla do ideje o besnih bogovih, ki so zahtevali žrtve. In vsak dan so se ljudje želeli nekako naučiti napovedati vreme, da bi bili pripravljeni na naslednjo kataklizmo. Dejstvo, da so sestavine sestavljene iz zelo majhnih delcev, so domnevali stari Grki. Opazili so, da marmorni koraki, na katerih je mnogo ljudi prešlo v desetletjih, spreminjajo obliko, kar pomeni, da vsaka noga s seboj vzame del kamna. Od tega odkritja do koncepta, kaj so energetske ravni, je zelo daleč tako v času kot v smislu znanja. Toda prav ta opomba, ki jo je naredila pred več kot tri tisoč leti, je našo znanost pripeljala do modernega pogleda.

Rutherford in Bor

Na začetku dvajsetega stoletja je bilo zaradi poskusov z elektriko že znano, da je najmanjši delček, ki nosi vse kemijske lastnosti snovi, atom. Na splošno je bila električno nevtralna, vendar je vsebovala pozitivne in negativne elemente. Znanstveniki so morali ugotoviti, kako so razdeljeni. Predlaganih je bilo več modelov, od katerih je bil eden imenovan tudi "z zrno rozin". Slavni Rutherfordova izkušnja je pokazalo, da je v središču atoma težko pozitivno jedro, medtem ko je negativni naboj koncentriran v majhnih svetlobnih elektronih, ki se vrtijo na obrobju. Energijski nivoji elektronov v atomu in proces njihovega odkritja so vodili fiziko k preboju. Po Maxwellovih enačbah lahko vsak gibajoči se objekt generira polje, ki neprestano oddaja energijo v vesolje. Tako se je postavilo vprašanje: zakaj se elektroni vrtijo v atomih, vendar se ne sevajo in ne padajo na jedro, izgubljajo energijo? Hvala Bohrovi postulati postalo je jasno, da elektroni zavzemajo določene nivoje energije v atomu in da so v teh stabilnih orbitah ne izgubijo energije. Ta teoretična teza zahteva fizično utemeljitev.

Planck in laserji

Ko je Max Planck, ko je poskušal poenostaviti rešitev nekaterih enačb, uvedel koncept kvanta, se je v fiziki začelo novo obdobje. Imenuje se neklasično obdobje in je povezano s številnimi pomembnimi odkritji, ki so temeljno spremenila življenje človeštva. Tako kot penicilin v medicini je kvant v fiziki obrnil celoten sistem znanja. Omeniti je treba, da nove formule niso zanikale, ampak so nasprotno potrdile prejšnje sklepe. V razmerah razsutih teles, makrodistenc, normalnih hitrosti so se spremenili v znane in razumljive zakone. Kvantna fizika je pomagala odgovoriti na številna vprašanja, vključno z razlogi, zakaj v atomu obstajajo nivoji energije elektronov. Postalo je jasno, da lahko elektroni skočijo iz ene orbite v drugo. V tem primeru je odvisno od smeri skoka prišlo do absorpcije ali emisije energije. Številne lastnosti snovi so zgrajene prav na teh prehodih, podobnih skoku. Zaradi dejstva, da obstajajo ravni energije v atomih, laserji delujejo, obstaja spektroskopija, možno je ustvariti nove materiale.

Val in foton

Vendar sam pojav kvantizacije energije ne daje jasne razlage, zakaj so nekatere ravni stabilne in zakaj je odvisna razdalja od orbite do jedra v atomu. Na pomoč je prišla nestandardna ideja. Vse se je začelo z neskladjem med rezultati različnih poskusov na istih objektih. V nekaterih primerih so se obnašali kot delci, ki imajo maso in zato inertnost: premikali so plošče, vrteli rezila. V drugih - kot niz valov, ki se lahko križajo, vlažijo ali ojačajo (npr. Fotoni, nosilci svetlobe). Zato so morali priznati: elektroni so delci in valovi. Tako imenovana valovitostni dvojnost je razložila energetske nivoje atoma. Elektron, ki se giblje v krogu, se podobno kot val, prekriva z njim. Če torej maksimum "glave" sovpada z minimumom "repa", se val oslabi. Na določenih razdaljah od središča se maksimumi ujemajo in elektroni lahko obstajajo, kot da se nenehno opirajo na sebe in ustvarjajo energijske nivoje atoma.

Kemija in elektron

V procesu proučevanja kemijskih lastnosti snovi se je izkazalo, da so ravni vsake od njih različne. To pomeni, da je slika helija drugačna od slike vodika, čeprav se njihove atomske številke razlikujejo le za eno. Energijski nivoji atomov kemičnih elementov so odvisni od njihovega skupnega števila. Torej se izkaže, da so zgornji elektroni, kot so bili, "pritiskali" na nižje ravni in jih prisilili, da se premikajo. Struktura energijske lupine atoma ima svoje zakone, ki jih določajo štiri glavne kvantne številke. Če jih poznamo, je za vsako vrsto kemičnega elementa enostavno izračunati energetske nivoje elektronov.