Hari ini kami akan memberi tahu Anda tentang tingkat energi atom, kapan seseorang menemukan konsep ini, dan di mana penerapannya.
Fisika sekolah
Orang pertama kali mengenal sains di sekolah. Dan jika pada tahun ketujuh belajar, anak-anak masih menemukan pengetahuan baru dalam biologi dan kimia yang menarik, maka di kelas senior mereka mulai takut. Ketika giliran fisika atom datang, pelajaran dalam disiplin ini hanya mengilhami rasa jijik untuk tugas-tugas yang tidak dapat dipahami. Namun, perlu diingat bahwa semua penemuan yang kini telah berubah menjadi mata pelajaran sekolah yang membosankan memiliki sejarah yang tidak sepele dan seluruh gudang aplikasi yang berguna. Mencari tahu bagaimana dunia bekerja seperti membuka sebuah kotak dengan sesuatu yang menarik di dalamnya: Anda selalu ingin menemukan kompartemen rahasia dan menemukan harta karun lain di sana. Hari ini kita akan berbicara tentang salah satu konsep dasar fisika atom, struktur materi.
Tak dapat dibagi, komposit, kuantum
Dari bahasa Yunani kuno, kata "atom" diterjemahkan sebagai "tidak dapat dibagi, terkecil". Pandangan ini merupakan konsekuensi dari sejarah ilmu pengetahuan. Beberapa orang Yunani dan India kuno percaya bahwa segala sesuatu di dunia terdiri dari partikel-partikel kecil.
Dalam sejarah modern, eksperimen kimia dilakukan jauh lebih awal daripada fisikariset. Para sarjana abad ketujuh belas dan kedelapan belas bekerja terutama untuk meningkatkan kekuatan militer suatu negara, raja atau adipati. Dan untuk membuat bahan peledak dan bubuk mesiu, perlu dipahami apa saja komposisinya. Akibatnya, para peneliti menemukan bahwa beberapa elemen tidak dapat dipisahkan di luar tingkat tertentu. Artinya ada pembawa sifat kimia terkecil.
Tapi mereka salah. Atom ternyata merupakan partikel komposit, dan kemampuannya untuk berubah bersifat kuantum. Hal ini dibuktikan dengan transisi tingkat energi atom.
Positif dan negatif
Pada akhir abad kesembilan belas, para ilmuwan hampir mempelajari partikel terkecil dari materi. Misalnya, jelas bahwa atom mengandung komponen bermuatan positif dan negatif. Tetapi struktur atom tidak diketahui: susunan, interaksi, rasio berat unsur-unsurnya tetap menjadi misteri.
Rutherford membuat eksperimen tentang hamburan partikel alfa dengan kertas emas tipis. Ia menemukan bahwa di tengah atom terdapat unsur-unsur positif yang berat, dan unsur-unsur negatif yang sangat ringan terletak di tepi-tepinya. Ini berarti bahwa pembawa muatan yang berbeda adalah partikel yang tidak mirip satu sama lain. Ini menjelaskan muatan atom: suatu unsur dapat ditambahkan atau dihilangkan. Keseimbangan yang membuat seluruh sistem tetap netral rusak, dan atom memperoleh muatan.
Elektron, proton, neutron
Kemudian ternyata: partikel negatif ringan adalah elektron, dan inti positif berat terdiri daridua jenis nukleon (proton dan neutron). Proton berbeda dari neutron hanya dalam hal yang pertama bermuatan positif dan berat, sedangkan yang kedua hanya memiliki massa. Mengubah komposisi dan muatan inti itu sulit: itu membutuhkan energi yang luar biasa. Tetapi atom jauh lebih mudah untuk dibagi oleh elektron. Ada atom yang lebih elektronegatif, yang lebih mungkin untuk "mengambil" sebuah elektron, dan atom yang kurang elektronegatif, yang lebih mungkin untuk "menyerahkannya". Beginilah cara pembentukan muatan atom: jika ada kelebihan elektron maka negatif, dan jika kekurangan maka positif.
Panjang umur alam semesta
Tetapi struktur atom ini membingungkan para ilmuwan. Menurut fisika klasik yang berlaku pada waktu itu, sebuah elektron, yang terus-menerus bergerak di sekitar inti, harus terus-menerus memancarkan gelombang elektromagnetik. Karena proses ini berarti kehilangan energi, semua partikel negatif akan segera kehilangan kecepatannya dan jatuh ke nukleus. Namun, alam semesta telah ada untuk waktu yang sangat lama, dan bencana global belum terjadi. Paradoks materi yang terlalu tua sedang terjadi.
postulat Bohr
Postulat
Bohr dapat menjelaskan perbedaan tersebut. Kemudian mereka hanya penegasan, melompat ke hal yang tidak diketahui, yang tidak didukung oleh perhitungan atau teori. Menurut postulat, ada tingkat energi elektron dalam atom. Setiap partikel bermuatan negatif hanya bisa berada pada level ini. Transisi antara orbital (yang disebut level) dilakukan dengan lompatan, sementara kuantum energi elektromagnetik dilepaskan atau diserap.energi.
Kemudian, penemuan Planck tentang kuantum menjelaskan perilaku elektron ini.
Cahaya dan atom
Jumlah energi yang diperlukan untuk transisi tergantung pada jarak antara tingkat energi atom. Semakin jauh mereka satu sama lain, semakin banyak kuantum yang dipancarkan atau diserap.
Seperti yang Anda ketahui, cahaya adalah kuantum medan elektromagnetik. Jadi, ketika elektron dalam atom bergerak dari tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah, itu menciptakan cahaya. Dalam hal ini, hukum sebaliknya juga berlaku: ketika gelombang elektromagnetik jatuh pada suatu objek, elektronnya tereksitasi, dan mereka pindah ke orbital yang lebih tinggi.
Selain itu, tingkat energi atom bersifat individual untuk setiap jenis unsur kimia. Pola jarak antar orbital berbeda untuk hidrogen dan emas, tungsten dan tembaga, brom dan belerang. Oleh karena itu, analisis spektrum pancaran suatu objek (termasuk bintang) dengan jelas menentukan zat mana dan dalam jumlah berapa yang ada di dalamnya.
Metode ini digunakan secara luas. Analisis spektrum yang digunakan:
- dalam forensik;
- dalam pengendalian kualitas makanan dan air;
- dalam produksi barang;
- dalam membuat materi baru;
- dalam meningkatkan teknologi;
- dalam eksperimen ilmiah;
- dalam penjelajahan bintang.
Daftar ini hanya secara kasar menunjukkan betapa bermanfaatnya penemuan tingkat elektronik dalam atom. Level elektronik adalah yang paling kasar, terbesar. Ada yang lebih kecilgetaran, dan bahkan tingkat rotasi yang lebih halus. Tetapi mereka hanya relevan untuk senyawa kompleks - molekul dan padatan.
Harus dikatakan bahwa struktur nukleus belum sepenuhnya dieksplorasi. Misalnya, tidak ada jawaban untuk pertanyaan mengapa jumlah neutron seperti itu sesuai dengan jumlah proton tertentu. Para ilmuwan menyarankan bahwa inti atom juga mengandung beberapa analog level elektronik. Namun, ini belum terbukti.
