Aujourd'hui, nous vous dirons quel est le niveau d'énergie d'un atome, quand une personne rencontre ce concept et où il est appliqué.
Physique scolaire
Les gens découvrent la science pour la première fois à l'école. Et si en septième année d'études, les enfants trouvent toujours intéressantes les nouvelles connaissances en biologie et en chimie, alors dans les classes supérieures, ils commencent à avoir peur. Quand vient le tour de la physique atomique, les leçons dans cette discipline n'inspirent déjà que du dégoût pour des tâches incompréhensibles. Cependant, il convient de rappeler que toutes les découvertes qui se sont transformées en matières scolaires ennuyeuses ont une histoire non triviale et tout un arsenal d'applications utiles. Découvrir comment le monde fonctionne, c'est comme ouvrir une boîte avec quelque chose d'intéressant à l'intérieur: vous voulez toujours trouver un compartiment secret et y trouver un autre trésor. Aujourd'hui, nous allons parler de l'un des concepts de base de la physique atomique, la structure de la matière.
Indivisible, composite, quantique
Du grec ancien, le mot "atome" est traduit par "indivisible, le plus petit". Ce point de vue est une conséquence de l'histoire des sciences. Certains anciens Grecs et Indiens croyaient que tout dans le monde était composé de minuscules particules.
Dans l'histoire moderne, les expériences en chimie ont été réalisées bien avant les expériences en physiquerechercher. Les érudits des XVIIe et XVIIIe siècles travaillaient principalement à accroître la puissance militaire d'un pays, d'un roi ou d'un duc. Et pour créer des explosifs et de la poudre à canon, il fallait comprendre en quoi ils consistaient. En conséquence, les chercheurs ont constaté que certains éléments ne peuvent pas être séparés au-delà d'un certain niveau. Cela signifie qu'il existe les plus petits porteurs de propriétés chimiques.
Mais ils avaient tort. L'atome s'est avéré être une particule composite et sa capacité à changer est de nature quantique. Ceci est mis en évidence par les transitions des niveaux d'énergie de l'atome.
Positif et négatif
À la fin du XIXe siècle, les scientifiques ont failli étudier les plus petites particules de matière. Par exemple, il était clair qu'un atome contient à la fois des composants chargés positivement et négativement. Mais la structure de l'atome était inconnue: l'arrangement, l'interaction, le rapport du poids de ses éléments restaient un mystère.
Rutherford a mis en place une expérience sur la diffusion de particules alpha par une fine feuille d'or. Il a découvert qu'au centre des atomes se trouvent des éléments positifs lourds et que des éléments négatifs très légers sont situés sur les bords. Cela signifie que les porteurs de charges différentes sont des particules qui ne sont pas similaires les unes aux autres. Ceci expliquait la charge des atomes: un élément pouvait leur être ajouté ou retiré. L'équilibre qui maintenait l'ensemble du système neutre a été rompu et l'atome a acquis une charge.
Électrons, protons, neutrons
Plus tard, il s'est avéré: les particules négatives légères sont des électrons, et un noyau positif lourd est constitué dedeux types de nucléons (protons et neutrons). Les protons ne différaient des neutrons que par le fait que les premiers étaient chargés positivement et lourds, tandis que les seconds n'avaient que de la masse. Changer la composition et la charge du noyau est difficile: cela demande des énergies incroyables. Mais un atome est beaucoup plus facile à diviser par un électron. Il y a plus d'atomes électronégatifs, qui sont plus susceptibles de « retirer » un électron, et d'autres moins électronégatifs, qui sont plus susceptibles de le « donner ». C'est ainsi que se forme la charge d'un atome: s'il y a un excès d'électrons, alors c'est négatif, et s'il y a un manque, alors c'est positif.
Longue vie de l'univers
Mais cette structure de l'atome a intrigué les scientifiques. Selon la physique classique qui prévalait à cette époque, un électron, qui se déplaçait constamment autour du noyau, devait émettre en permanence des ondes électromagnétiques. Comme ce processus signifie une perte d'énergie, toutes les particules négatives perdraient rapidement leur vitesse et tomberaient sur le noyau. Cependant, l'univers existe depuis très longtemps et la catastrophe mondiale ne s'est pas encore produite. Le paradoxe de la matière trop ancienne couvait.
Postulats de Bohr
Les postulats de Bohr pourraient expliquer l'écart. Ce n'étaient alors que des affirmations, des sauts dans l'inconnu, qui n'étaient étayés ni par des calculs ni par la théorie. Selon les postulats, il y avait des niveaux d'énergie d'électrons dans l'atome. Chaque particule chargée négativement ne pouvait être qu'à ces niveaux. La transition entre les orbitales (les soi-disant niveaux) s'effectue par un saut, tandis qu'un quantum d'énergie électromagnétique est libéré ou absorbé.énergie.
Plus tard, la découverte du quantum par Planck a expliqué ce comportement des électrons.
Lumière et atome
La quantité d'énergie requise pour la transition dépend de la distance entre les niveaux d'énergie de l'atome. Plus ils sont éloignés les uns des autres, plus le quantum émis ou absorbé est important.
Comme vous le savez, la lumière est le quantum du champ électromagnétique. Ainsi, lorsqu'un électron dans un atome passe d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, il crée de la lumière. Dans ce cas, la loi inverse s'applique également: lorsqu'une onde électromagnétique tombe sur un objet, elle excite ses électrons et ils se déplacent vers une orbitale supérieure.
De plus, les niveaux d'énergie de l'atome sont individuels pour chaque type d'élément chimique. Le schéma des distances entre les orbitales est différent pour l'hydrogène et l'or, le tungstène et le cuivre, le brome et le soufre. Par conséquent, une analyse des spectres d'émission de tout objet (y compris les étoiles) détermine sans ambiguïté quelles substances et en quelle quantité y sont présentes.
Cette méthode est très largement utilisée. Analyse de spectre utilisée:
- en criminalistique;
- dans le contrôle de la qualité des aliments et de l'eau;
- dans la production de biens;
- dans la création de nouveaux matériaux;
- dans l'amélioration de la technologie;
- dans des expériences scientifiques;
- dans l'exploration des étoiles.
Cette liste ne montre qu'approximativement l'utilité de la découverte des niveaux électroniques dans l'atome. Les niveaux électroniques sont les plus grossiers, les plus grands. Il y a des plus petitsniveaux vibratoires et rotationnels encore plus subtils. Mais ils ne sont pertinents que pour les composés complexes - molécules et solides.
Il faut dire que la structure du noyau n'a pas encore été entièrement explorée. Par exemple, il n'y a pas de réponse à la question de savoir pourquoi un tel nombre de neutrons correspond à un certain nombre de protons. Les scientifiques suggèrent que le noyau atomique contient également des analogues de niveaux électroniques. Cependant, cela n'a pas encore été prouvé.
