Leo tutakuambia kuhusu kiwango cha nishati cha atomi ni nini, mtu anapokutana na dhana hii na mahali inapotumika.
Fizikia ya shule
Watu hukutana na sayansi kwa mara ya kwanza shuleni. Na ikiwa katika mwaka wa saba wa masomo, watoto bado wanapata maarifa mapya katika biolojia na kemia ya kuvutia, basi katika madarasa ya juu wanaanza kuogopa. Wakati zamu ya fizikia ya atomiki inakuja, masomo katika taaluma hii tayari yanachochea chukizo kwa kazi zisizoeleweka. Walakini, inafaa kukumbuka kuwa uvumbuzi wote ambao sasa umegeuka kuwa masomo ya shule ya boring una historia isiyo ya kawaida na safu nzima ya matumizi muhimu. Kujua jinsi ulimwengu unavyofanya kazi ni kama kufungua sanduku na kitu cha kuvutia ndani: daima unataka kupata chumba cha siri na kupata hazina nyingine huko. Leo tutazungumza kuhusu mojawapo ya dhana za kimsingi za fizikia ya atomiki, muundo wa maada.
Haigawanyiki, mchanganyiko, quantum
Kutoka katika lugha ya kale ya Kiyunani, neno "atomu" limetafsiriwa kama "isiyogawanyika, ndogo zaidi". Mtazamo huu ni matokeo ya historia ya sayansi. Baadhi ya Wagiriki na Wahindi wa kale waliamini kwamba kila kitu duniani kilikuwa na chembe ndogo ndogo.
Katika historia ya kisasa, majaribio katika kemia yalifanywa mapema zaidi kuliko ya kimwiliutafiti. Wasomi wa karne ya kumi na saba na kumi na nane walifanya kazi kimsingi kuongeza nguvu ya kijeshi ya nchi, mfalme au duke. Na ili kuunda vilipuzi na baruti, ilikuwa ni lazima kuelewa ni nini wanajumuisha. Kama matokeo, watafiti waligundua kuwa vitu vingine haviwezi kutenganishwa zaidi ya kiwango fulani. Hii ina maana kwamba kuna wabebaji wadogo zaidi wa sifa za kemikali.
Lakini walikosea. Atomu iligeuka kuwa chembe ya mchanganyiko, na uwezo wake wa kubadilika ni wa asili ya quantum. Hii inathibitishwa na mabadiliko ya viwango vya nishati ya atomi.
Chanya na hasi
Mwishoni mwa karne ya kumi na tisa, wanasayansi walikaribia kusoma chembe ndogo zaidi za mata. Kwa mfano, ilikuwa wazi kwamba atomi ina vipengele vilivyo na chaji chanya na hasi. Lakini muundo wa atomi haukujulikana: mpangilio, mwingiliano, uwiano wa uzito wa elementi zake ulibaki kuwa kitendawili.
Rutherford aliunda jaribio la mtawanyiko wa chembe za alpha kwa karatasi nyembamba ya dhahabu. Aligundua kuwa katikati ya atomi kuna vitu vizito chanya, na hasi nyepesi sana ziko kwenye kingo. Hii ina maana kwamba flygbolag za malipo tofauti ni chembe ambazo hazifanani na kila mmoja. Hii ilielezea malipo ya atomi: kipengele kinaweza kuongezwa kwao au kuondolewa. Salio lililoweka mfumo mzima kuwa upande wowote lilivunjwa, na atomi ilipata malipo.
Elektroni, protoni, neutroni
Baadaye ilibainika: chembe hasi nyepesi ni elektroni, na kiini kizito chanya kinajumuishaaina mbili za nukleoni (protoni na neutroni). Protoni zilitofautiana na neutroni tu kwa kuwa za kwanza zilikuwa na chaji chanya na nzito, wakati za mwisho zilikuwa na misa tu. Kubadilisha utungaji na malipo ya kiini ni vigumu: inahitaji nguvu za ajabu. Lakini atomi ni rahisi zaidi kugawanya na elektroni. Kuna atomi nyingi zaidi za elektroni, ambazo zina uwezekano mkubwa wa "kuondoa" elektroni, na zile zisizo na nguvu ya elektroni, ambazo zina uwezekano mkubwa wa "kuitoa". Hivi ndivyo chaji ya atomi inavyoundwa: ikiwa kuna ziada ya elektroni, basi ni hasi, na ikiwa kuna uhaba, basi ni chanya.
Maisha marefu ya ulimwengu
Lakini muundo huu wa atomi uliwashangaza wanasayansi. Kulingana na fizikia ya kitamaduni iliyotawala wakati huo, elektroni, ambayo ilikuwa ikizunguka kila mara kwenye kiini, ilibidi iendelee kuangaza mawimbi ya sumakuumeme. Kwa kuwa mchakato huu unamaanisha kupoteza nishati, chembe zote hasi zitapoteza kasi yao na kuanguka kwenye kiini. Hata hivyo, ulimwengu umekuwepo kwa muda mrefu sana, na msiba wa kimataifa bado haujatokea. Kitendawili cha mambo ya zamani sana kilikuwa kinaanza.
Mawasilisho ya Bohr
Machapisho ya Bohr yanaweza kueleza tofauti hiyo. Basi walikuwa tu madai, anaruka katika haijulikani, ambayo si mkono na mahesabu au nadharia. Kulingana na postulates, kulikuwa na viwango vya nishati ya elektroni katika atomi. Kila chembe iliyo na chaji hasi inaweza kuwa katika viwango hivi pekee. Mpito kati ya obiti (kinachojulikana ngazi) unafanywa na kuruka, wakati quantum ya nishati ya umeme inatolewa au kufyonzwa.nishati.
Baadaye, ugunduzi wa Planck wa quantum ulielezea tabia hii ya elektroni.
Nuru na atomi
Kiasi cha nishati kinachohitajika kwa mpito hutegemea umbali kati ya viwango vya nishati vya atomi. Kadiri zinavyokuwa mbali kutoka kwa kila mmoja, ndivyo kiasi kinachotolewa au kufyonzwa zaidi.
Kama unavyojua, mwanga ni wingi wa sehemu ya sumakuumeme. Kwa hivyo, wakati elektroni katika atomi inaposonga kutoka juu hadi kiwango cha chini, hutengeneza mwanga. Katika hali hii, sheria ya kinyume inatumika pia: wakati wimbi la sumakuumeme linapoanguka kwenye kitu, husisimua elektroni zake, na husogea hadi kwenye obiti ya juu zaidi.
Aidha, viwango vya nishati vya atomi ni vya mtu binafsi kwa kila aina ya kipengele cha kemikali. Mfano wa umbali kati ya obiti ni tofauti kwa hidrojeni na dhahabu, tungsten na shaba, bromini na sulfuri. Kwa hivyo, uchanganuzi wa wigo wa utoaji wa kitu chochote (ikiwa ni pamoja na nyota) huamua bila utata ni dutu gani na kwa kiasi gani ziko ndani yake.
Njia hii inatumika kwa wingi sana. Uchambuzi wa wigo umetumika:
- katika tasnia;
- katika udhibiti wa ubora wa chakula na maji;
- katika uzalishaji wa bidhaa;
- katika kuunda nyenzo mpya;
- katika kuboresha teknolojia;
- katika majaribio ya kisayansi;
- katika uchunguzi wa nyota.
Orodha hii inaonyesha takribani jinsi ugunduzi wa viwango vya kielektroniki katika atomi ulivyofaa. Viwango vya elektroniki ni mbaya zaidi, kubwa zaidi. Kuna ndogo zaidiviwango vya mtetemo, na hata vya hila zaidi vya mzunguko. Lakini zinafaa tu kwa misombo changamano - molekuli na yabisi.
Lazima isemwe kuwa muundo wa kiini bado haujachunguzwa kikamilifu. Kwa mfano, hakuna jibu kwa swali la kwa nini idadi kama hiyo ya neutroni inalingana na idadi fulani ya protoni. Wanasayansi wanapendekeza kwamba kiini cha atomiki pia kina analog ya viwango vya elektroniki. Hata hivyo, hii bado haijathibitishwa.
