Bu gün sizə atomun enerji səviyyəsinin nə olduğunu, insanın bu anlayışla nə zaman qarşılaşdığını və harada tətbiq edildiyini izah edəcəyik.
Məktəb fizikası
İnsanlar elmlə ilk dəfə məktəbdə qarşılaşırlar. Əgər təhsilin yeddinci ilində uşaqlar hələ də biologiya və kimyada yeni bilikləri maraqlı tapırlarsa, yuxarı siniflərdə qorxmağa başlayırlar. Atom fizikasının növbəsi gəldikdə, bu intizamdakı dərslər artıq başa düşülməyən tapşırıqlardan yalnız ikrah hissi yaradır. Bununla birlikdə, indi darıxdırıcı məktəb mövzularına çevrilən bütün kəşflərin qeyri-trivial bir tarixə və faydalı tətbiqlərin bütöv bir arsenalına sahib olduğunu xatırlamağa dəyər. Dünyanın necə işlədiyini öyrənmək, içərisində maraqlı bir şey olan bir qutu açmaq kimidir: həmişə gizli bir bölmə tapmaq və orada başqa bir xəzinə tapmaq istəyirsən. Bu gün biz atom fizikasının əsas anlayışlarından biri olan maddənin quruluşu haqqında danışacağıq.
Bölünməz, kompozit, kvant
Qədim yunan dilindən "atom" sözü "bölünməz, ən kiçik" kimi tərcümə olunur. Bu baxış elm tarixinin nəticəsidir. Bəzi qədim yunanlar və hindlilər dünyada hər şeyin kiçik hissəciklərdən ibarət olduğuna inanırdılar.
Müasir tarixdə kimya üzrə təcrübələr fiziki təcrübədən çox əvvəllər edilmişdirtədqiqat. XVII və XVIII əsrlərin alimləri ilk növbədə ölkənin, kralın və ya hersoqun hərbi gücünü artırmaq üçün çalışırdılar. Və partlayıcı maddələr və barıt yaratmaq üçün onların nədən ibarət olduğunu başa düşmək lazım idi. Nəticədə tədqiqatçılar müəyyən ediblər ki, bəzi elementləri müəyyən səviyyədən kənara ayırmaq olmaz. Bu o deməkdir ki, kimyəvi xassələrin ən kiçik daşıyıcıları var.
Ancaq yanıldılar. Atom birləşmiş hissəcik oldu və onun dəyişmə qabiliyyəti kvant xarakterlidir. Bunu atomun enerji səviyyələrinin keçidləri sübut edir.
Müsbət və mənfi
XIX əsrin sonunda elm adamları maddənin ən kiçik hissəciklərini öyrənməyə yaxınlaşdılar. Məsələn, aydın idi ki, atom həm müsbət, həm də mənfi yüklü komponentləri ehtiva edir. Lakin atomun quruluşu məlum deyildi: elementlərinin düzülüşü, qarşılıqlı təsiri, çəki nisbəti sirr olaraq qalırdı.
Rutherford alfa hissəciklərinin nazik qızıl folqa ilə səpilməsi üzərində təcrübə qurdu. O, müəyyən etdi ki, atomların mərkəzində ağır müsbət elementlər, kənarlarında isə çox yüngül mənfi elementlər yerləşir. Bu o deməkdir ki, müxtəlif yüklərin daşıyıcıları bir-birinə bənzəməyən hissəciklərdir. Bu, atomların yükünü izah etdi: onlara bir element əlavə edilə və ya çıxarıla bilər. Bütün sistemi neytral saxlayan tarazlıq pozuldu və atom bir yük aldı.
Elektronlar, protonlar, neytronlar
Daha sonra məlum oldu: yüngül mənfi hissəciklər elektron, ağır müsbət nüvə isə aşağıdakılardan ibarətdir.iki növ nuklon (proton və neytron). Protonlar neytronlardan yalnız birincilərinin müsbət yüklü və ağır, ikincinin isə yalnız kütləsi olması ilə fərqlənirdi. Nüvənin tərkibini və yükünü dəyişdirmək çətindir: bu, inanılmaz enerji tələb edir. Ancaq atomu elektronla bölmək daha asandır. Bir elektronu "götürmək" ehtimalı daha çox olan daha çox elektronmənfi atomlar və daha az "vermək" ehtimalı olan daha az elektronegativ atomlar var. Atomun yükü belə əmələ gəlir: elektronların çoxluğu varsa, mənfi, çatışmazlıq varsa, müsbətdir.
Kainatın uzun ömrü
Amma atomun bu quruluşu elm adamlarını çaşdırdı. O dövrdə hökm sürən klassik fizikaya görə, nüvə ətrafında daim hərəkət edən elektron davamlı olaraq elektromaqnit dalğaları yaymalı idi. Bu proses enerji itkisi demək olduğundan, bütün mənfi hissəciklər tezliklə sürətini itirəcək və nüvənin üzərinə düşəcək. Halbuki kainat çox uzun müddətdir mövcuddur və qlobal fəlakət hələ baş verməmişdir. Çox köhnə maddənin paradoksu yaranırdı.
Bohr postulatları
Bohrun postulatları uyğunsuzluğu izah edə bilər. Sonra onlar sadəcə hesablamalar və ya nəzəriyyə ilə dəstəklənməyən iddialar, naməlumlara atlamalar idi. Postulatlara görə, atomda elektronların enerji səviyyələri var idi. Hər bir mənfi yüklü hissəcik yalnız bu səviyyələrdə ola bilərdi. Orbitallar arasında keçid (sözdə səviyyələr) bir sıçrayışla həyata keçirilir, bir kvant elektromaqnit enerjisi buraxılır və ya udulur.enerji.
Daha sonra Plankın kvant kəşfi elektronların bu davranışını izah etdi.
İşıq və atom
Keçid üçün tələb olunan enerji miqdarı atomun enerji səviyyələri arasındakı məsafədən asılıdır. Onlar bir-birindən nə qədər uzaq olarsa, bir o qədər çox emissiya və ya udulmuş kvant olur.
Bildiyiniz kimi, işıq elektromaqnit sahəsinin kvantıdır. Beləliklə, bir atomda bir elektron daha yüksək səviyyədən aşağı səviyyəyə keçdikdə, işıq yaradır. Bu halda əks qanun da tətbiq edilir: elektromaqnit dalğası obyektə düşəndə onun elektronlarını həyəcanlandırır və onlar daha yüksək orbitala keçir.
Bundan əlavə, atomun enerji səviyyələri hər bir kimyəvi element növü üçün fərdi olur. Orbitallar arasındakı məsafələrin nümunəsi hidrogen və qızıl, volfram və mis, brom və kükürd üçün fərqlidir. Buna görə də, hər hansı bir obyektin (o cümlədən ulduzların) emissiya spektrlərinin təhlili birmənalı olaraq orada hansı maddələrin və hansı miqdarda olduğunu müəyyən edir.
Bu üsul inanılmaz dərəcədə geniş istifadə olunur. İstifadə olunan spektr analizi:
- məhkəmə ekspertizasında;
- qida və suyun keyfiyyətinə nəzarət;
- malların istehsalında;
- yeni materialların yaradılmasında;
- texnologiyanın təkmilləşdirilməsində;
- elmi təcrübələrdə;
- ulduzların kəşfiyyatında.
Bu siyahı yalnız atomda elektron səviyyələrin kəşfinin nə qədər faydalı olduğunu göstərir. Elektron səviyyələr ən kobud, ən böyüyüdür. Daha kiçikləri varvibrasiya və daha da incə fırlanma səviyyələri. Lakin onlar yalnız mürəkkəb birləşmələr - molekullar və bərk maddələr üçün uyğundur.
Demək lazımdır ki, nüvənin strukturu hələ tam öyrənilməmişdir. Məsələn, niyə belə sayda neytronun müəyyən sayda protona uyğun olması sualına cavab yoxdur. Alimlər hesab edirlər ki, atom nüvəsində elektron səviyyələrin bəzi analoqları da var. Lakin bu hələ sübut olunmayıb.
