Бүгүн биз атомдун энергетикалык деңгээли кандай экенин, адам бул түшүнүккө качан туш болгонун жана анын кайда колдонулаарын айтып беребиз.
Мектеп физикасы
Адамдар илим менен биринчи жолу мектепте таанышат. Ал эми окуунун жетинчи жылында дагы эле балдар биология жана химия боюнча жаңы билимдерди кызыктуу деп тапса, анда жогорку класстарда алар корко башташат. Атомдук физиканын кезеги келгенде, бул дисциплинадагы сабактар түшүнүксүз тапшырмалардан жийиркенүүнү гана жаратат. Бирок, азыр тажатма мектеп предметтерине айланган бардык ачылыштар маанилүү эмес тарыхка жана пайдалуу колдонмолордун бүт арсеналына ээ экенин эстен чыгарбоо керек. Дүйнөнүн кантип иштээрин билүү - ичинде кызыктуу нерсе бар кутуну ачууга окшош: сиз ар дайым жашыруун отсек таап, ал жерден башка кенч тапкыңыз келет. Бүгүн биз атомдук физиканын негизги түшүнүктөрүнүн бири болгон заттын түзүлүшү жөнүндө сүйлөшөбүз.
Бөлүнгүс, курама, квант
Байыркы грек тилинен «атом» сөзү «бөлүнгүс, эң кичинекей» деп которулган. Бул көз караш илим тарыхынын натыйжасы. Кээ бир байыркы гректер менен индиялыктар дүйнөдөгү бардык нерсе кичинекей бөлүкчөлөрдөн турат деп ишенишкен.
Заманбап тарыхта химиядагы эксперименттер физикалык жактан алда канча мурда жасалганизилдөө. XVII жана XVIII кылымдардагы окумуштуулар биринчи кезекте өлкөнүн, падышанын же герцогдун аскердик күчүн жогорулатуу үчүн иштешкен. Ал эми жардыргыч заттарды жана порошокту түзүү үчүн алар эмнеден тураарын түшүнүү керек болчу. Натыйжада, изилдөөчүлөр кээ бир элементтерди белгилүү бир деңгээлден тышкары бөлүүгө мүмкүн эмес экенин аныкташкан. Бул химиялык касиеттердин эң кичинекей алып жүрүүчүлөр бар экенин билдирет.
Бирок алар туура эмес болушту. Атом курама бөлүкчө болуп чыкты жана анын өзгөрүү жөндөмдүүлүгү кванттык мүнөзгө ээ. Муну атомдун энергетикалык деңгээлдеринин өтүүлөрү далилдейт.
Оң жана терс
Он тогузунчу кылымдын аягында окумуштуулар заттын эң кичинекей бөлүкчөлөрүн изилдөөгө жакындашты. Мисалы, атомдун оң жана терс заряддуу компоненттери бар экени айкын болгон. Бирок атомдун түзүлүшү белгисиз болчу: анын элементтеринин жайгашуусу, өз ара аракети, салмагынын катышы сыр бойдон калган.
Рутерфорд жука алтын фольга менен альфа бөлүкчөлөрүн чачыратуу боюнча эксперимент түзгөн. Ал атомдордун борборунда оор оң элементтер, ал эми өтө жеңил терс элементтер четинде жайгашканын аныктаган. Бул ар түрдүү заряддарды алып жүрүүчүлөр бири-бирине окшош эмес бөлүкчөлөр экенин билдирет. Бул атомдордун зарядын түшүндүрдү: аларга бир элемент кошулуп же алынып салынышы мүмкүн. Бүт системаны нейтралдуу кармап турган тең салмактуулук бузулуп, атом зарядга ээ болду.
Электрондор, протондор, нейтрондор
Кийинчерээк белгилүү болду: жеңил терс бөлүкчөлөр электрондор, ал эми оор оң ядронуклондордун эки түрү (протондор жана нейтрондор). Протондордун нейтрондордон биринчиси оң заряддуу жана оор, ал эми экинчиси массасы гана болгондугу менен гана айырмаланган. Ядронун курамын жана зарядын өзгөртүү кыйын: ал укмуштуудай энергияларды талап кылат. Бирок атомду электрон менен бөлүү алда канча оңой. Электрондук атомдор көбүрөөк, алар электронду «алып кетүүгө» көбүрөөк, ал эми азыраак электронегативдикке ээ, алар аны «берүүгө» көбүрөөк болот. Атомдун заряды мына ушундайча пайда болот: эгерде электрондор ашыкча болсо, анда ал терс, ал эми жетишсиз болсо, анда оң болот.
Ааламдын өмүрү узун болсун
Бирок атомдун бул түзүлүшү илимпоздорду таң калтырды. Ошол мезгилде үстөмдүк кылган классикалык физика боюнча ядронун айланасында тынымсыз кыймылдап турган электрон тынымсыз электромагниттик толкундарды таратып турушу керек болчу. Бул процесс энергияны жоготуу дегенди билдиргендиктен, бардык терс бөлүкчөлөр тез арада ылдамдыгын жоготуп, ядронун үстүнө кулап калышат. Бирок, аалам абдан көп убакыттан бери бар жана глобалдык катастрофа али боло элек. Өтө эски материянын парадоксу пайда болду.
Бордун постулаттары
Бордун постулаттары дал келбести түшүндүрө алат. Анан алар жөн эле ырастоолор, белгисиздикке секирүү, эсептөөлөр жана теориялар тарабынан колдоого алынбаган. Постулаттар боюнча атомдо электрондордун энергетикалык деңгээли болгон. Ар бир терс заряддуу бөлүкчө ушул деңгээлде гана болушу мүмкүн. Орбиталдардын ортосундагы өтүү (деңгээлдер деп аталган) секирүү менен ишке ашат, ал эми электромагниттик энергиянын кванты бөлүнүп чыгат же жутулуп чыгат.энергия.
Кийинчерээк Планктын кванттык ачылышы электрондордун мындай жүрүм-турумун түшүндүргөн.
Жарык жана атом
Өтүү үчүн зарыл болгон энергиянын көлөмү атомдун энергетикалык деңгээлдеринин ортосундагы аралыкка көз каранды. Алар бири-биринен канчалык алыс болсо, ошончолук көп чыгарылат же жутулган квант.
Сиздерге белгилүү болгондой, жарык – электромагниттик талаанын кванты. Ошентип, атомдогу электрон жогорудан төмөнкү деңгээлге өткөндө жарыкты пайда кылат. Бул учурда тескери мыйзам да колдонулат: объектке электромагниттик толкун түшкөндө, ал анын электрондорун дүүлүктүрөт жана алар жогорку орбиталга жылат.
Мындан тышкары, атомдун энергетикалык деңгээли химиялык элементтин ар бир түрү үчүн жекече болот. Орбиталдардын ортосундагы аралыктардын схемасы суутек жана алтын, вольфрам жана жез, бром жана күкүрт үчүн ар кандай. Демек, кандайдыр бир объекттин (анын ичинде жылдыздардын) эмиссиялык спектрлерин талдоо анда кайсы заттар жана кандай өлчөмдө бар экенин так аныктайт.
Бул ыкма укмуштуудай кеңири колдонулат. Колдонулган спектр анализи:
- криминалистикада;
- тамак-аштын жана суунун сапатын көзөмөлдөөдө;
- товарларды чыгарууда;
- жаңы материалдарды түзүүдө;
- технологияны жакшыртууда;
- илимий эксперименттерде;
- жылдыздарды изилдөөдө.
Бул тизме атомдогу электрондук деңгээлдердин ачылышы канчалык пайдалуу болгонун болжол менен гана көрсөтөт. Электрондук деңгээлдер эң орой, эң чоңу. Кичинекейлери бартитирөө, андан да тымызын айлануу деңгээли. Бирок алар татаал кошулмалар - молекулалар жана катуу заттар үчүн гана тиешелүү.
Ядронун структурасы али толук изилдене электигин айтуу керек. Мисалы, эмне үчүн мынчалык сандагы нейтрондор протондордун белгилүү бир санына туура келет деген суроого жооп жок. Окумуштуулар атомдук ядродо электрондук деңгээлдердин кээ бир аналогдору да бар экенин айтышат. Бирок, бул азырынча далилдене элек.
