Energetske razine elektrona u atomu. Kvantizacija Objašnjenje: Dualnost valova i čestica

Ovaj članak vam govori kada su otkrivene razine energije. Isto tako, kako su objašnjeni i kako se primjenjuje takvo svojstvo materije kao kvantizacija energije elektrona u atomu.

Munja i mramora

Struktura tvari zainteresirala je čovječanstvo jer je postalo moguće postaviti apstraktna pitanja bez brige o hrani. Takvi strašni fenomeni kao munje, poplave, suše, izazvali su užas. Nemogućnost objašnjavanja onoga što se događa okolo dovelo je do ideje ljutitih bogova koji su zahtijevali žrtve. I svaki dan ljudi su pokušavali nekako naučiti kako predvidjeti vrijeme kako bi bili spremni za sljedeću kataklizmu. Činjenica da se tvari sastoje od vrlo malih čestica, pogodili su stari Grci. Primijetili su da mramorne stepenice, na koje su mnogi ljudi prošli desetljećima, mijenjaju oblik, što znači da svaka noga uzima sa sobom dio kamena. Od ovog otkrića do pojma što su razine energije, ono je vrlo daleko iu vremenu iu smislu znanja. Međutim, upravo ta napomena napravljena prije više od tri tisuće godina dovela je našu znanost do modernog gledišta.

Rutherford i Bor

Početkom dvadesetog stoljeća, zahvaljujući eksperimentima s električnom energijom, već je bilo poznato da je minimalna čestica koja nosi sva kemijska svojstva tvari atom. Općenito, bio je električno neutralan, ali sadržavao je pozitivne i negativne elemente. Znanstvenici su trebali shvatiti kako se distribuiraju. Predloženo je nekoliko modela, od kojih je jedan čak nazvan i "kolač s grožđicama". poznat Rutherfordovo iskustvo pokazali su da postoji teška pozitivna jezgra u središtu atoma, dok je negativni naboj koncentriran u malim svjetlosnim elektronima koji rotiraju na periferiji. Razina energije elektrona u atomu i proces njihovog otkrića doveli su fiziku do proboja. Prema Maxwellovim jednadžbama, svaki pokretni objekt generira polje koje kontinuirano zrači energiju u svemir. Postavlja se pitanje: zašto se elektroni rotiraju u atomima, ali se ne zrače i ne padaju na jezgru, gubeći energiju? hvala Bohrovi postulati postalo je jasno da elektroni zauzimaju određene razine energije u atomu i, budući da su u tim stabilnim orbitama, ne gube energiju. Ova teoretska teza trebala je fizičko opravdanje.

Planck i laseri

Kada je Max Planck, pokušavajući pojednostaviti rješenje nekih jednadžbi, uveo koncept kvanta, počelo je novo razdoblje u fizici. To se naziva ne-klasičnim razdobljem i povezano je s nizom značajnih otkrića koja su fundamentalno promijenila život čovječanstva. Kao i penicilin u medicini, kvant u fizici pretvorio je cijeli sustav znanja. Važno je napomenuti da nove formule nisu poricale, već su, naprotiv, potvrdile prethodne zaključke. U uvjetima rasutih tijela, makrodistencija, normalnih brzina, pretvorili su se u poznate i razumljive zakone. Kvantna fizika je pomogla odgovoriti na mnoga pitanja, uključujući i zašto postoje razine energije elektrona u atomu. Postalo je jasno da elektroni mogu skakati s jedne orbite na drugu. U ovom slučaju, ovisno o smjeru skoka, došlo je do apsorpcije ili emisije energije. Mnoga svojstva tvari izgrađena su upravo na tim skokovnim prijelazima. Zbog činjenice da postoje razine energije u atomima, rade laseri, postoji spektroskopija, moguće je izraditi nove materijale.

Val i foton

Međutim, sam fenomen kvantizacije energije ne daje jasno objašnjenje zašto su neke razine stabilne i zašto udaljenost od orbite do jezgre u atomu ovisi. Spasila je nestandardna ideja. Sve je počelo s nepodudarnošću između rezultata različitih eksperimenata na istim objektima. U nekim slučajevima, ponašali su se kao čestice koje imaju masu, a time i inerciju: pomicale su ploče, rotirale oštrice. U drugima - kao skup valova koji se mogu međusobno ukrštati, prigušiti ili pojačati (na primjer, fotoni, nositelji svjetla). Kao rezultat toga, znanstvenici su morali priznati: elektroni su čestice i valovi. Takozvana dvojnost valnih čestica objasnila je razine energije atoma. Poput vala, elektron koji se kreće u krugu se superponira na sebe. Dakle, ako se maksimum "glave" podudara s minimumom "repa", val se prigušuje. Na određenim udaljenostima od centra maksimumi se podudaraju, a elektron može postojati, kao da se kontinuirano oslanja na sebe, stvarajući energetske razine atoma.

Kemija i elektron

U procesu proučavanja kemijskih svojstava tvari, pokazalo se da su razine svake od njih različite. To znači da je slika helija drugačija od slike vodika, iako se njihovi atomski brojevi razlikuju samo za jedan. Energetske razine atoma kemijskih elemenata ovise o njihovom ukupnom broju. Odnosno, ispada da gornji elektroni, kao što su, "vrše pritisak" na niže razine, prisiljavajući ih da se kreću. Struktura energetske ljuske atoma ima svoje zakone, koji su određeni s četiri glavna kvantna broja. Poznavajući ih, lako je za svaku vrstu kemijskog elementa izračunati razine energije elektrona.