“Pozdrav,
Ja sam Marko, idem u elektrotehničku školu, i već duže vreme imam dilemu oko toga šta se dešava sa elektronima na nivou atoma. Imam nekoliko svojih shvatanja ali nisam siguran da je ijedan od njih ispravan.
Biću vam zahvalan na odgovoru s obzirom da shvatam koliki odgovor zahteva ovo pitanje.
Srdačan pozdrav.
šalje: Marko Tričković”
Zdravo Marko,
U našim školama se najpre u sedmom razredu iz predmeta hemija uči da se atom, najmanji reprezent jednog elementa, sastoji iz zbijenog jezgra od čestica koje zovemo protoni (pozitivno naelektrisani) i neutroni (neutralnog naelektrisanja) i negativno naelektrisanih elektrona koji se kreću oko tog jezgra, pri čemu je atom u celini bez naelektrisanja. Ovaj model odgovara onom koji je postavio Raderford početkom dvadesetog veka. Pritom je Raderford ostavio sa svojim modelom jedan povelik problem; naime, poznato je da naelektrisane čestice kada se kreću ubrzano zrače elektromagnetno zračenje. Ukoliko elektroni kruže oko jezgra, oni zbog tog kružnog kretanja imaju centripetalno ubrzanje – privučeni pozitivno naelektrisanim jezgrom, Kulonova elektristatička sila deluje na njih tako da se elektronima sve vreme menja smer, mada ne i intenzitet brzine. Međutim, ukoliko bi elektron sve vreme otpuštao elektromagnetno zračenje, on bi samim tim gubio energiju, jer elektromagnetno zračenje samo po sebi jeste prostiranje energije kroz prostor. Gubeći energiju, elektron bi gubio i brzinu, odnosno vremenom bi pao na jezgro, što se prema eksperimentima svakako ne dešava.
Nedugo potom postavljen je čuveni Borov model atoma kroz tri postulata: elektroni se oko jezgra mogu kretati samo po putanjama tačno određenih poluprečnika (određenim nivoima), samim tim i određenih energija; na tim putanjama elektroni ne otpuštaju niti primaju energiju u vidu elektromagnetnog zračenja; primajući energiju elektroni prelaze na više nivoe, odnosno udaljavaju se od jezgra, a obrnuto ukoliko energiju otpuštaju, dok ta razmenjena energija odgovara razlici energija na krajnjem i početnom nivou. Bor je samo koristeći ova tri postulata i jednačine klasične mehanike izveo određene osobine vodonikovog atoma i ti su se proračuni pokazali kao sasvim dovoljno precizni. Međutim, za bilo koji veći atom, sa više elektrona, model je pravio velike greške!
U ovom trenutku vredi spomenuti još dva imena naučnih velikana. Prvo u okviru pojma De Broljevih talasa, drugo u okviru Hajzenbergovog principa neodređenosti. Naime, pokazalo se u međuvremenu da se, pre svega elektron, može ponašati i kao čestica i kao talas – upravo kao i fotoni svetlosti. Ta dvojna priroda postojanja zapravo je fundamentalna osobina svih objekata, kojima se pridružuje takozvani De Broljev talas talasne dužine u zavisnosti od impulsa objekta. Talasna svojstva makroobjekata – koji nas svakodnevno okružuju – zanemariva su, dok kod elektrona to nije slučaj. Drugi navedeni pojam, Hajzenbergov princip neodređenosti odnosi se na fundamentalno svojstvo čestica da se nikada ne mogu istovremeno znati brzina (tačnije impuls) čestice i njen položaj. Ovaj princip proizilazi iz činjenice da, da bismo odredili naprimer položaj neke čestice, moramo osvetliti tu česticu, odnosno pogoditi je fotonom, a čime menjamo njenu brzinu. Uzevši u obzir Borove proračune o brzini elektrona u atomu, iz principa neodređenosti sledi da mi ne možemo nikako znati tačan položaj elektrona u atomu – neodređenost određivanja položaja veća je od čitavog atoma. Ovo se ne dešava zbog nedovoljne preciznosti naših instrumenata, već zbog načina na koji priroda funkcioniše.
Očigledno, Borov model atoma ne uzima u obzir talasnu prirodu elektrona. Početkom dvadesetog veka, međutim, razvija se kvantna mehanika, čiji je jedan od začetnika svakako i Bor. Kvantna mehanika uzima u obzir i čestičnu i talasnu prirodu objekata i predviđa njihovo ponašanje. Na atomskom nivou predviđanja kvantne mehanike značajno se razlikuju od predviđanja klasične mehanike, te kvantna mehanika dosta dobro opisuje i ponašanje višeelektronskih atoma i drugih sistema na tim veličinskim skalama. Kvantna mehanika, shodno Hajzenbergovom principu, ne govori nam gde se u nekom trenutku nalazi elektron. Ona međutim daje svoje rezultate u obliku raspodele gustine verovatnoće nalaženja elektrona u atomu. Drugim rečima, proračuni kvantne mehanike govore nam kolika je verovatnoća da se elektron u nekom trenutku nalazi u nekoj tački u prostoru. Mi stoga znamo da je, naprimer, verovatnoća da se elektron nalazi na nekom rastojanju od jezgra i manjem devedeset procenata, ali ne i gde tačno se nalazi elektron.
Ovo, naravno, daje i mnoge druge implikacije – pre svega, zbog talasne prirode, elektron više ne možemo posmatrati kao kuglicu, a isto važi i za druge čestice. Elektron nije puka čestica koja kruži oko skupine nekih drugih kuglica u jezgru atoma. Znamo da za tako male čestice ne važe isti zakoni fizike kao u svetu koji svakodnevno spoznajemo i stvari se u tom mikrosvetu ne mogu predstaviti našim uobičajenim idejama o kuglicama i drugim objektima. Međutim, uprkos tome što naizgled ne znamo dosta toga o prirodi materije, kvantna mehanika danas uspešno predviđa razne pre nje neobjašnjene pojave poput superprovodljivosti, određenih mehanizama u atomskom jezgru, osobina poluprovodnika i tako dalje…
Slučajni tekstovi
Učitavanje…
About Marija Janković
Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.
More Posts (72)
