Energetické hladiny elektronu v atomu. Kvantování Vysvětlení: Dualita vlnových částic

Tento článek vám říká, kdy byly zjištěny energetické hladiny. A také, jak byly vysvětleny a jak je tato vlastnost hmoty jako kvantizace energie elektronů v atomu aplikována.

Blesky a mramor

Struktura látek má zájem o lidstvo, protože bylo možné klást abstraktní otázky bez obav o potraviny. Tak hrozné jevy jako blesk, povodně, sucha způsobily hrůzu. Neschopnost vysvětlit, co se děje kolem, vedlo k myšlence zlých bohů, kteří požadovali oběti. A každý den se lidé snažili nějak naučit předpovědět počasí, aby byli připraveni na další katastrofu. Skutečnost, že látky sestávají z velmi malých částic, odhadli starí Řekové. Všimli si, že mramorové schody, na které mnoho lidí prošly desítky let, mění tvar, což znamená, že každá noha bere s sebou část kamene. Od tohoto objevu až po koncepci toho, jaké jsou energetické úrovně, je to velmi daleko jak v čase, tak z hlediska znalostí. Přesně to však před třemi tisíci lety vedlo naše věda k modernímu názoru.

Rutherford a Bor

Na počátku dvacátého století bylo díky experimentům s elektřinou již známo, že minimální částice, která nese všechny chemické vlastnosti látky, je atom. Obecně bylo elektricky neutrální, ale obsahovalo pozitivní a negativní prvky. Vědci potřebovali zjistit, jak jsou distribuovány. Bylo navrženo několik modelů, z nichž jedna byla dokonce nazývána "buchta s rozinkami". Slavný Rutherfordova zkušenost že v centru atomu je těžké pozitivní jádro, zatímco negativní náboj je koncentrován v malých světelných elektronů, které se otáčejí na obvodu. Energetická hladina elektronů v atomu a proces jejich objevení vedly fyziku k průlomu. Podle Maxwellových rovnic se jakýkoli pohyblivý nabitý objekt vytváří pole, které nepřetržitě vyzařuje energii do vesmíru. Tak vznikla otázka: proč se elektrony střídají v atomech, ale nejsou vyzařované a nespadají do jádra, ztrácejí energii? Děkuji Bohrovy postuláty bylo zřejmé, že elektrony zaujmou v atomu určité energetické hladiny a že jsou v těchto stabilních oběžných drahách neztrácejí energii. Tato teoretická práce potřebovala fyzické ospravedlnění.

Planck a lasery

Když se Max Planck snažil zjednodušit řešení některých rovnic, představil koncept kvantové, začala nová fáze ve fyzice. Nazývá se neklasické období a je spojeno s řadou významných objevů, které zásadně změnily život lidstva. Stejně jako penicilin v medicíně, kvantová fyzika změnila celý systém znalostí. Je pozoruhodné, že nové vzorce nepopíraly, ale naopak potvrdily předchozí závěry. Za podmínek volných těles, makrodistancí, normálních rychlostí se změnily v známé a srozumitelné zákony. Kvantová fyzika pomohla odpovědět na mnoho otázek, včetně toho, proč jsou v atomu energie elektronů. Je zřejmé, že elektrony mohou skákat z jedné oběžné dráhy do druhé. V tomto případě došlo v závislosti na směru skoku k absorpci nebo k emise energie. Mnoho vlastností látek je postaveno právě na těchto skokových přechodech. Vzhledem k tomu, že v atomu jsou energetické úrovně, pracují lasery, existuje spektroskopie, je možné vytvářet nové materiály.

Vlna a foton

Samotný fenomén kvantifikace energie však nedává jasné vysvětlení, proč jsou některé úrovně stabilní a proč závisí vzdálenost od orbity k jádru v atomu. Na záchranu se objevila nestandardní myšlenka. Všechno začalo s rozporem mezi výsledky různých experimentů na stejných objektech. V některých případech se chovají jako částice, které mají hmotu a tudíž setrvačnost: pohybovaly se deskami a otáčely lopatkami. V jiných - jako soubor vln, které jsou schopny se protáhnout, navzájem tlumit nebo zesilovat (například fotony, nosiče světla). V důsledku toho museli vědci připustit: elektrony jsou částice a vlny. Takzvaná dualita částic vlny a částic vysvětlila energetické hladiny atomu. Stejně jako vlna, elektron, který se pohybuje v kruhu, je na sobě překryt. Pokud se tedy maximální "hlava" shoduje s minimem "ocasu", vlna se ztlumí. V určitých vzdálenostech do středu se maxima shodují a elektron může existovat, jako by se nepřetržitě podporoval a vytvářel tak energii atomu.

Chemie a elektron

Při studiu chemických vlastností látek se ukázalo, že úrovně každého z nich jsou různé. To znamená, že heliový obraz je jiný než vodík, ačkoli jejich atomová čísla se liší pouze jedním. Energetická hladina atomů chemických prvků závisí na jejich celkovém počtu. To znamená, že horní elektrony, jako by to byly, "vyvíjely tlak" na nižší úrovně, a nutí je pohybovat. Struktura energetického pláště atomu má své vlastní zákony, které jsou určeny čtyřmi kvantovými čísly. Znát je, je pro každý typ chemického prvku snadné vypočítat energetické hladiny elektronů.