Өнөөдөр бид атомын энергийн түвшин гэж юу болох, хүн энэ ойлголттой хэзээ тулгардаг, хаана хэрэглэгдэж байгаа талаар ярих болно.
Сургуулийн физик
Хүмүүс анх сургуульд байхдаа шинжлэх ухаантай танилцдаг. Хэрэв долоо дахь жилдээ хүүхдүүд биологи, химийн чиглэлээр шинэ мэдлэг сонирхолтой хэвээр байгаа бол ахлах ангид тэд айж эхэлдэг. Атомын физикийн эргэлт ирэхэд энэ хичээлийн хичээлүүд нь үл ойлгогдох ажлуудыг жигшдэг. Гэсэн хэдий ч одоо уйтгартай сургуулийн хичээл болж хувирсан бүх нээлтүүд нь өчүүхэн түүхтэй, хэрэгцээтэй хэрэглээний бүхэл бүтэн арсеналтай гэдгийг санах нь зүйтэй. Дэлхий хэрхэн ажилладагийг олж мэдэх нь дотроо сонирхолтой зүйл бүхий хайрцгийг нээхтэй адил юм: та үргэлж нууц тасалгаа хайж, тэндээс өөр эрдэнэс олохыг хүсдэг. Өнөөдөр бид атомын физикийн үндсэн ойлголтуудын нэг болох бодисын бүтцийн тухай ярих болно.
Хуваагдахгүй, нийлмэл, квант
Эртний Грек хэлнээс "атом" гэдэг үгийг "хуваашгүй, хамгийн жижиг" гэж орчуулдаг. Энэ үзэл нь шинжлэх ухааны түүхийн үр дагавар юм. Эртний Грек, Энэтхэгчүүдийн зарим нь дэлхийн бүх зүйл өчүүхэн жижиг хэсгүүдээс тогтдог гэж үздэг байжээ.
Орчин үеийн түүхэнд химийн туршилтыг физикээс хамаагүй эрт хийсэнсудалгаа. XVII-XVIII зууны эрдэмтэд аль нэг улс, хаан эсвэл гүнгийн цэргийн хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд голлон ажиллаж байв. Тэсрэх бодис, дарь үүсгэхийн тулд тэдгээр нь юунаас бүрддэгийг ойлгох шаардлагатай байв. Үүний үр дүнд судлаачид зарим элементүүдийг тодорхой түвшингээс хэтрүүлэн салгах боломжгүй болохыг олж мэдсэн. Энэ нь химийн шинж чанарын хамгийн жижиг зөөвөрлөгчид байдаг гэсэн үг.
Гэхдээ тэд буруу байсан. Атом нь нийлмэл бөөмс болж хувирсан бөгөөд түүний өөрчлөгдөх чадвар нь квант шинж чанартай юм. Үүнийг атомын энергийн түвшний шилжилт нотолж байна.
Эерэг ба сөрөг
Арван есдүгээр зууны сүүлчээр эрдэмтэд материйн хамгийн жижиг хэсгүүдийг судлахад ойртсон. Жишээлбэл, атом нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг нь тодорхой байсан. Гэвч атомын бүтэц тодорхойгүй байсан: түүний элементүүдийн зохион байгуулалт, харилцан үйлчлэл, жингийн харьцаа нь нууц хэвээр үлджээ.
Рутерфорд нимгэн алтан тугалган цаасаар альфа тоосонцорыг тараах туршилт хийжээ. Тэрээр атомын төвд хүнд эерэг элементүүд, харин маш хөнгөн сөрөг элементүүд ирмэг дээр байрладаг болохыг олж мэдэв. Энэ нь өөр өөр цэнэгийн тээвэрлэгчид нь бие биентэйгээ адилгүй бөөмс гэсэн үг юм. Энэ нь атомын цэнэгийг тайлбарлав: тэдгээрт элемент нэмж эсвэл устгаж болно. Бүхэл бүтэн системийг төвийг сахисан тэнцвэрт байдал эвдэрч, атом цэнэгтэй болсон.
Электрон, протон, нейтрон
Хожим нь тодорхой болсон: хөнгөн сөрөг бөөмс нь электрон, харин хүнд эерэг цөм нь дараахь зүйлээс бүрддэг.хоёр төрлийн нуклон (протон ба нейтрон). Протонууд нь нейтроноос ялгаатай нь эхнийх нь эерэг цэнэгтэй, хүнд жинтэй байхад хоёр дахь нь зөвхөн масстай байдаг. Цөмийн бүтэц, цэнэгийг өөрчлөхөд хэцүү байдаг: энэ нь гайхалтай энерги шаарддаг. Гэхдээ атомыг электроноор хуваахад хамаагүй хялбар байдаг. Илүү олон электрон сөрөг атомууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь электроныг "авах" магадлал өндөр байдаг ба электрон сөрөг атомууд нь электроныг "өгөх" магадлал багатай байдаг. Атомын цэнэг ингэж үүсдэг: электрон илүүдэлтэй бол сөрөг, дутагдалтай байвал эерэг байна.
Орчлонгийн урт нас
Гэхдээ атомын энэхүү бүтэц нь эрдэмтдийг гайхшруулжээ. Тухайн үед ноёрхож байсан сонгодог физикийн дагуу цөмийн эргэн тойронд байнга хөдөлж байсан электрон цахилгаан соронзон долгионыг тасралтгүй цацруулах ёстой байв. Энэ үйл явц нь эрчим хүчний алдагдал гэсэн үг тул бүх сөрөг тоосонцор удалгүй хурдаа алдаж, цөм дээр унах болно. Гэсэн хэдий ч орчлон ертөнц маш удаан оршин тогтнож, дэлхийн сүйрэл хараахан болоогүй байна. Хэт хуучин материйн парадокс үүсэж байв.
Борын үзэл баримтлал
Борын үзэл баримтлал нь зөрүүг тайлбарлаж чадна. Дараа нь эдгээр нь тооцоо, онолоор батлагдаагүй зүгээр л мэдэгдлүүд, үл мэдэгдэх зүйл рүү үсрэх явдал байв. Постулатын дагуу атом дахь электронуудын энергийн түвшин байдаг. Сөрөг цэнэгтэй бөөм бүр зөвхөн эдгээр түвшинд байж болно. Орбиталуудын хоорондох шилжилт (түвшин гэж нэрлэгддэг) үсрэлтээр явагддаг бол цахилгаан соронзон энергийн квант ялгардаг эсвэл шингэдэг.эрчим хүч.
Хожим нь Планк квантыг нээсэн нь электронуудын энэ зан үйлийг тайлбарлав.
Гэрэл ба атом
Шилжилтэнд шаардагдах энергийн хэмжээ нь атомын энергийн түвшний хоорондын зайнаас хамаарна. Тэд бие биенээсээ хол байх тусам илүү их ялгардаг буюу шингэсэн квант байдаг.
Таны мэдэж байгаагаар гэрэл бол цахилгаан соронзон орны квант юм. Тиймээс атом дахь электрон дээд түвшнээс доод түвшинд шилжихэд гэрэл үүсгэдэг. Энэ тохиолдолд урвуу хууль мөн үйлчилнэ: цахилгаан соронзон долгион объект дээр унах үед түүний электронуудыг өдөөдөг ба тэдгээр нь илүү өндөр тойрог руу шилждэг.
Үүнээс гадна атомын энергийн түвшин нь химийн элемент бүрийн төрөл тус бүрээс хамаарна. Орбиталуудын хоорондох зай нь устөрөгч ба алт, вольфрам ба зэс, бром ба хүхрийн хувьд өөр өөр байдаг. Тиймээс аливаа объектын (оддыг оруулаад) ялгаралтын спектрийн шинжилгээ нь түүнд ямар бодис, ямар хэмжээгээр агуулагдаж байгааг хоёрдмол утгагүй тодорхойлдог.
Энэ аргыг гайхалтай өргөн ашигладаг. Ашигласан спектрийн шинжилгээ:
- криминалистикт;
- хоол хүнс, усны чанарын хяналтад;
- барааны үйлдвэрлэлд;
- шинэ материал бүтээхэд;
- технологийг сайжруулахад;
- шинжлэх ухааны туршилтанд;
- оддын хайгуулд.
Энэ жагсаалт нь атом дахь электрон түвшнийг нээсэн нь хэр ашигтай байсныг зөвхөн ойролцоогоор харуулж байна. Цахим түвшин нь хамгийн бүдүүлэг, хамгийн том нь юм. Илүү жижиг байдагчичиргээ, бүр илүү нарийн эргэлтийн түвшин. Гэхдээ тэдгээр нь зөвхөн нийлмэл нэгдлүүд болох молекул ба хатуу бодисуудад хамааралтай.
Цөмийн бүтцийг бүрэн судлаагүй гэж хэлэх ёстой. Жишээлбэл, яагаад ийм тооны нейтрон тодорхой тооны протонтой тохирч байна вэ гэсэн асуултад хариулт алга. Эрдэмтэд атомын цөм нь электрон түвшний зарим аналогийг агуулдаг гэж үздэг. Гэхдээ энэ хараахан нотлогдоогүй байна.
