วันนี้เราจะบอกคุณเกี่ยวกับระดับพลังงานของอะตอม เมื่อบุคคลพบแนวคิดนี้ และนำไปใช้ที่ใด
ฟิสิกส์ของโรงเรียน
คนเจอวิทยาศาสตร์ครั้งแรกที่โรงเรียน และถ้าในปีที่เจ็ดของการศึกษา เด็ก ๆ ยังคงพบความรู้ใหม่ทางชีววิทยาและเคมีที่น่าสนใจ จากนั้นในชั้นเรียนอาวุโสพวกเขาก็เริ่มกลัว เมื่อถึงจุดเปลี่ยนของฟิสิกส์ปรมาณู บทเรียนในสาขานี้สร้างแรงบันดาลใจเฉพาะความรังเกียจสำหรับงานที่เข้าใจยากเท่านั้น อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่าการค้นพบทั้งหมดที่ได้กลายเป็นวิชาที่น่าเบื่อในโรงเรียนมีประวัติที่ไม่สำคัญและคลังแสงของแอปพลิเคชันที่มีประโยชน์ทั้งหมด การค้นหาว่าโลกทำงานอย่างไรก็เหมือนกับการเปิดกล่องที่มีบางสิ่งที่น่าสนใจอยู่ข้างใน: คุณต้องการค้นหาช่องลับและค้นหาสมบัติอื่นที่นั่นเสมอ วันนี้เราจะมาพูดถึงหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานของฟิสิกส์อะตอม โครงสร้างของสสาร
แยกไม่ได้, คอมโพสิต, ควอนตัม
จากภาษากรีกโบราณ คำว่า "อะตอม" แปลว่า "แบ่งไม่ได้ เล็กที่สุด" มุมมองนี้เป็นผลมาจากประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ ชาวกรีกและอินเดียโบราณบางคนเชื่อว่าทุกสิ่งในโลกประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ
ในประวัติศาสตร์สมัยใหม่ การทดลองทางเคมีเกิดขึ้นเร็วกว่าทางกายภาพมากการวิจัย. นักวิชาการของศตวรรษที่สิบเจ็ดและสิบแปดทำงานเป็นหลักเพื่อเพิ่มอำนาจทางทหารของประเทศ กษัตริย์หรือดยุค และเพื่อที่จะสร้างวัตถุระเบิดและดินปืน จำเป็นต้องเข้าใจว่าพวกมันประกอบด้วยอะไร เป็นผลให้นักวิจัยพบว่าองค์ประกอบบางอย่างไม่สามารถแยกออกจากระดับหนึ่งได้ ซึ่งหมายความว่ามีคุณสมบัติทางเคมีที่เล็กที่สุด
แต่พวกมันคิดผิด อะตอมกลายเป็นอนุภาคประกอบ และความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นไปตามธรรมชาติของควอนตัม นี่คือหลักฐานจากการเปลี่ยนแปลงของระดับพลังงานของอะตอม
บวกและลบ
ในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า นักวิทยาศาสตร์เข้ามาใกล้เพื่อศึกษาอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร ตัวอย่างเช่น เห็นได้ชัดว่าอะตอมประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีประจุบวกและลบ แต่โครงสร้างของอะตอมไม่เป็นที่รู้จัก: การจัดเรียง การโต้ตอบ อัตราส่วนของน้ำหนักของธาตุยังคงเป็นปริศนา
รัทเทอร์ฟอร์ดทำการทดลองเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาด้วยแผ่นทองคำบางๆ เขาพบว่าในใจกลางของอะตอมมีธาตุที่เป็นบวกหนัก และมีธาตุลบที่เบามากอยู่ที่ขอบ ซึ่งหมายความว่าพาหะที่มีประจุต่างกันเป็นอนุภาคที่ไม่เหมือนกัน สิ่งนี้อธิบายประจุของอะตอม: ธาตุสามารถเพิ่มหรือลบออกได้ ความสมดุลที่ทำให้ทั้งระบบเป็นกลางถูกทำลาย และอะตอมก็ถูกเรียกเก็บเงิน
อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน
ต่อมา: อนุภาคลบของแสงคืออิเล็กตรอน และนิวเคลียสบวกหนักประกอบด้วยนิวคลีออนสองประเภท (โปรตอนและนิวตรอน) โปรตอนแตกต่างจากนิวตรอนตรงที่โปรตอนมีประจุบวกและหนัก ในขณะที่โปรตอนหลังมีมวลเท่านั้น การเปลี่ยนองค์ประกอบและประจุของนิวเคลียสเป็นเรื่องยาก: ต้องใช้พลังงานอย่างเหลือเชื่อ แต่อะตอมสามารถหารด้วยอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่ามาก มีอะตอมของอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า ซึ่งมีแนวโน้มที่จะ "เอา" อิเล็กตรอนออกไป และอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีน้อยกว่า ซึ่งมีแนวโน้มที่จะ "ปล่อย" ออกไป นี่คือวิธีสร้างประจุของอะตอม: หากมีอิเล็กตรอนมากเกินไป มันก็เป็นลบ และหากมีการขาดแคลนก็จะเป็นบวก
อายุยืนของจักรวาล
แต่โครงสร้างของอะตอมนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์งง ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิกที่มีอยู่ในเวลานั้น อิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสตลอดเวลา ต้องแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกระบวนการนี้หมายถึงการสูญเสียพลังงาน อนุภาคเชิงลบทั้งหมดจะสูญเสียความเร็วและตกสู่นิวเคลียสในไม่ช้า อย่างไรก็ตาม จักรวาลมีอยู่เป็นเวลานานมาก และภัยพิบัติทั่วโลกยังไม่เกิดขึ้น ความขัดแย้งของเรื่องเก่าเกินไปกำลังก่อตัว
ปณิธานของบอร์
สมมติฐานของบอร์สามารถอธิบายความคลาดเคลื่อนได้ จากนั้นพวกเขาก็เป็นเพียงการยืนยันกระโดดลงไปในสิ่งที่ไม่รู้จักซึ่งไม่ได้รับการสนับสนุนจากการคำนวณหรือทฤษฎี ตามสมมุติฐาน มีระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอม อนุภาคที่มีประจุลบแต่ละตัวสามารถอยู่ในระดับเหล่านี้เท่านั้น การเปลี่ยนแปลงระหว่างออร์บิทัล (ระดับที่เรียกว่า) กระทำโดยการกระโดด ในขณะที่ควอนตัมของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปลดปล่อยหรือดูดซับพลังงาน
ต่อมา การค้นพบควอนตัมของพลังค์ได้อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอน
แสงและอะตอม
ปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างระดับพลังงานของอะตอม ยิ่งอยู่ไกลกัน ควอนตัมที่ปล่อยออกมาหรือดูดกลืนก็จะยิ่งมากขึ้น
อย่างที่คุณทราบ แสงคือควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนในอะตอมเคลื่อนที่จากระดับที่สูงขึ้นไประดับที่ต่ำกว่าก็จะทำให้เกิดแสงขึ้น ในกรณีนี้ กฎย้อนกลับก็มีผลบังคับใช้เช่นกัน: เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตกกระทบวัตถุ มันจะกระตุ้นอิเล็กตรอนและเคลื่อนไปยังวงโคจรที่สูงขึ้น
นอกจากนี้ ระดับพลังงานของอะตอมเป็นรายบุคคลสำหรับองค์ประกอบทางเคมีแต่ละประเภท รูปแบบของระยะห่างระหว่างออร์บิทัลนั้นแตกต่างกันสำหรับไฮโดรเจนและทองคำ ทังสเตนและทองแดง โบรมีนและกำมะถัน ดังนั้น การวิเคราะห์สเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุใดๆ (รวมถึงดวงดาว) จะกำหนดสารใดและปริมาณเท่าใดในนั้นอย่างไม่น่าสงสัย
วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายอย่างไม่น่าเชื่อ การวิเคราะห์สเปกตรัมที่ใช้:
- ในนิติเวช;
- ในการควบคุมคุณภาพอาหารและน้ำ
- ในการผลิตสินค้า;
- ในการสร้างสื่อใหม่
- ในเทคโนโลยีที่กำลังปรับปรุง
- ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์;
- ในการสำรวจดวงดาว
รายการนี้แสดงคร่าวๆ ว่าการค้นพบระดับอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอมมีประโยชน์เพียงใด ระดับอิเล็กทรอนิกส์นั้นหยาบที่สุดและใหญ่ที่สุด มีขนาดเล็กกว่าแรงสั่นสะเทือนและระดับการหมุนที่ละเอียดยิ่งขึ้น แต่มีความเกี่ยวข้องเฉพาะกับสารประกอบเชิงซ้อน - โมเลกุลและของแข็ง
ต้องบอกว่าโครงสร้างของนิวเคลียสยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างเต็มที่ ตัวอย่างเช่น ไม่มีคำตอบสำหรับคำถามที่ว่าทำไมจำนวนนิวตรอนดังกล่าวจึงสอดคล้องกับจำนวนโปรตอนจำนวนหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่านิวเคลียสของอะตอมยังมีแอนะล็อกของระดับอิเล็กทรอนิกส์อยู่บ้าง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์
