Hoy te contaremos cuál es el nivel de energía de un átomo, cuándo una persona se encuentra con este concepto y dónde se aplica.
Escuela de física
La gente se encuentra por primera vez con la ciencia en la escuela. Y si en el séptimo año de estudio, los niños todavía encuentran interesantes los nuevos conocimientos en biología y química, entonces en las clases superiores comienzan a tener miedo. Cuando llega el turno de la física atómica, las lecciones en esta disciplina ya solo inspiran repugnancia por tareas incomprensibles. Sin embargo, vale la pena recordar que todos los descubrimientos que ahora se han convertido en aburridos temas escolares tienen una historia no trivial y todo un arsenal de aplicaciones útiles. Descubrir cómo funciona el mundo es como abrir una caja con algo interesante dentro: siempre quieres encontrar un compartimento secreto y encontrar otro tesoro allí. Hoy hablaremos de uno de los conceptos básicos de la física atómica, la estructura de la materia.
Indivisible, compuesto, cuántico
Del griego antiguo, la palabra "átomo" se traduce como "indivisible, más pequeño". Esta visión es una consecuencia de la historia de la ciencia. Algunos antiguos griegos e indios creían que todo en el mundo estaba formado por partículas diminutas.
En la historia moderna, los experimentos químicos se realizaron mucho antes que los físicosinvestigar. Los eruditos de los siglos XVII y XVIII trabajaron principalmente para aumentar el poder militar de un país, rey o duque. Y para crear explosivos y pólvora, era necesario comprender en qué consisten. Como resultado, los investigadores encontraron que algunos elementos no se pueden separar más allá de cierto nivel. Esto significa que existen los portadores más pequeños de propiedades químicas.
Pero estaban equivocados. El átomo resultó ser una partícula compuesta, y su capacidad de cambio es de naturaleza cuántica. Esto se evidencia por las transiciones de los niveles de energía del átomo.
Positivo y negativo
A fines del siglo XIX, los científicos estuvieron cerca de estudiar las partículas más pequeñas de materia. Por ejemplo, estaba claro que un átomo contiene componentes cargados tanto positiva como negativamente. Pero se desconocía la estructura del átomo: la disposición, la interacción, la proporción del peso de sus elementos seguía siendo un misterio.
Rutherford preparó un experimento sobre la dispersión de partículas alfa por una fina lámina de oro. Encontró que en el centro de los átomos hay elementos positivos pesados, y los negativos muy livianos están ubicados en los bordes. Esto significa que los portadores de diferentes cargas son partículas que no son similares entre sí. Esto explicaba la carga de los átomos: se les podía añadir o quitar un elemento. El equilibrio que mantenía neutral a todo el sistema se rompió y el átomo adquirió una carga.
Electrones, protones, neutrones
Más tarde resultó: las partículas negativas ligeras son electrones, y un núcleo positivo pesado consiste endos tipos de nucleones (protones y neutrones). Los protones diferían de los neutrones solo en que los primeros tenían carga positiva y eran pesados, mientras que los segundos solo tenían masa. Cambiar la composición y la carga del núcleo es difícil: requiere energías increíbles. Pero un átomo es mucho más fácil de dividir por un electrón. Hay más átomos electronegativos, que tienen más probabilidades de "quitar" un electrón, y menos electronegativos, que tienen más probabilidades de "regalarlo". Así se forma la carga de un átomo: si hay exceso de electrones, entonces es negativa, y si hay escasez, entonces es positiva.
Larga vida al universo
Pero esta estructura del átomo desconcertó a los científicos. De acuerdo con la física clásica que prevalecía en ese momento, un electrón, que se movía constantemente alrededor del núcleo, tenía que irradiar continuamente ondas electromagnéticas. Dado que este proceso significa una pérdida de energía, todas las partículas negativas pronto perderían su velocidad y caerían sobre el núcleo. Sin embargo, el universo ha existido durante mucho tiempo y la catástrofe global aún no ha ocurrido. Se estaba gestando la paradoja de la materia demasiado antigua.
Postulados de Bohr
Los postulados de Bohr podrían explicar la discrepancia. Entonces eran solo afirmaciones, s altos a lo desconocido, que no estaban respaldados por cálculos o teoría. De acuerdo con los postulados, había niveles de energía de electrones en el átomo. Cada partícula cargada negativamente solo podría estar en estos niveles. La transición entre orbitales (los llamados niveles) se realiza mediante un s alto, mientras se libera o absorbe un cuanto de energía electromagnética.energía.
Más tarde, el descubrimiento de Planck del cuanto explicó este comportamiento de los electrones.
Luz y átomo
La cantidad de energía requerida para la transición depende de la distancia entre los niveles de energía del átomo. Cuanto más alejados estén uno del otro, mayor será el cuanto emitido o absorbido.
Como saben, la luz es el cuanto del campo electromagnético. Por lo tanto, cuando un electrón en un átomo se mueve de un nivel superior a uno inferior, crea luz. En este caso, también se aplica la ley inversa: cuando una onda electromagnética cae sobre un objeto, excita sus electrones y se mueven a un orbital más alto.
Además, los niveles de energía del átomo son individuales para cada tipo de elemento químico. El patrón de distancias entre orbitales es diferente para el hidrógeno y el oro, el tungsteno y el cobre, el bromo y el azufre. Por lo tanto, un análisis de los espectros de emisión de cualquier objeto (incluidas las estrellas) determina inequívocamente qué sustancias y en qué cantidad están presentes en él.
Este método se usa increíblemente. Análisis de espectro utilizado:
- en medicina forense;
- en control de calidad de alimentos y agua;
- en la producción de bienes;
- en la creación de nuevos materiales;
- en la mejora de la tecnología;
- en experimentos científicos;
- en la exploración de las estrellas.
Esta lista solo muestra aproximadamente cuán útil ha sido el descubrimiento de los niveles electrónicos en el átomo. Los niveles electrónicos son los más toscos, los más grandes. hay mas pequeñosniveles vibratorios, e incluso más sutiles de rotación. Pero solo son relevantes para compuestos complejos: moléculas y sólidos.
Hay que decir que la estructura del núcleo aún no se ha explorado por completo. Por ejemplo, no hay respuesta a la pregunta de por qué tal número de neutrones corresponde a un cierto número de protones. Los científicos sugieren que el núcleo atómico también contiene algún análogo de los niveles electrónicos. Sin embargo, esto aún no ha sido probado.
