Kimika Kuantikoa ala Mekanika Kuantikoa hitzak entzutean, arraroa egiten zaiguna "Kuantikoa" izenondoa da. Kimika edo Mekanika hitzen kontzeptua buruan daukagu, errezago egiten zaigu ulertzen. Baina "kuantikoa" da desorientatzen gaituena. Zergatik gertatzen da hau? Orokorrean ez dugulako ongi ulertzen Teoria Kuantikoak aurresaten dituen propietate misteriotsuak. Hala ere "Kuantikoa" hitzaren jatorria kontzeptu "sinple" batetik dator. Hala er, ideia proposatu zen garaian, oso iraultzailea izan zen. Gu, txanponak eta diru-zorroak buruan edukita, ulertzen saiatuko gara.
1900. urtean, Max Planck fisikari alemandarra materiaren eta erradiazioaren (ikusi Argiaren natura). arteko elkarrekintza aztertzen ari zen. Denbora zebilen honekin, aurrera eta atzera. Ez bera bakarrik. Garaiko fisikariek izugarrizko buruhausteak zituzten zer gertatzen zen ulertu nahirik. Eta ez da harritzekoa! Elektroia aurkitu zenetik hiru urte pasata zeuden, nukleo atomikoa aurkitzeko oraindik hamaika urte falta ziren, eta argia (erradiazioa) uhina zela pentsatzen zuten. Hortaz, materia eta argiaren izaera ongi jakin gabe, bien arteko elkarrekintza nahi zuten ulertu fisikariek.
Garai hartan uste zuten materiak energia modu jarrai batean absorbatzen ala emititzen zuela (gogoratu argiaren naturan ikusi genuela erradiazioaren frekuentzia bere energiarekin erlazionatuta dagoela). Hau da, materiak edozein energia zuen erradiazioa xurgatzen ala irradiatzen ahal zuela. Imajina dezagun orain irudiko diru-zorroa. Pentsa dezakegu zorroa irekita egonda, edozein txanpon sar daitekeela barruan. Eta noski, edozein txanpon atera daitekeela. Horrelako zerbait zeukaten fisikariek buruan.
Garaiko teoria fisikoek hori aurresaten zuten, ezin zen beste aukerarik egon. Baina esperimentuak egiteko orduan, ikusi zuten ez zela horrela! Materiak bakarrik energia konkretua zuen erradiazioa absorbatu ala emititu egiten zuen!!!! Erotzeko moduan, desesperatuta, gertakari hau azaltzeko beste modurik aurkitu ezinik, Planck-ek zera esan zuen. Energia kantitate konkretuak absorbatzen zituela materiak, energia paketeetan joango balitz bezala. Horrela, kantitate berdineko paketeak absorbatzen ahal zuen materiak, horietako pakete bat. ala bere multiploak, hau da, 1, 2, 3, 4, etab. Pentsa, diru-zorro eta txanponetara bueltatuz gero, imajinatu ikusten dugula gure diru-zorroak bakarrik zentimo bateko txanponak gordetzen dituela. Baina 2, 5, 20, 50 zentimokoak, eta euro 1 eta 2koak diru-zorroa zeharkatzen dutela. Berdin dio kantitate horietako zenbat txanpon bota, zorroaren barruan bakarrik zentimo batekoak geratuko dira!!!! Hori bai, zorionez, bat baino gehiago geratzen ahal dira!
Energia pakete hauei izen bat jarri nahi zion Planck-ek, eta latinera jo zuen. Latinez, gauza baten kantitate minimo bati "quantum" deitzen zioten. Gure diru-zorroaren kasuan, zentimoko txanpon bat txanponen "quantum" bat izango litzateke. Antzeko moduan, energia pakete horri energia "quantum"-a deitu zion. Horrela, lehenengo Teoria Kuantikoa sortu zen (ez azkena). Planck-ek berak aitortu zuen Kuantoaren ideia ez zitzaiola gustatzen, baina ez zuela beste azalpenik ikusten. Kuantoaren esistentzia garaiko teoria fisikoetan sarbiderik ez zuen, eta horregatik, oso ideia iraultzailea izan zen. Planck moduko kontserbadore bati gustatzen ez zitzaion modukoa.
Denborarekin, gauzak argituz joango ziren, eta Planck-en kuantoa beste teoria zabalago batean bere tokia aurkitu zuen, gaur egun ezagutzen dugun Mekanika Kuantikoan. Hau gertatu aurretik, ordea, post honetan ikusi dugun kuantoaren kontzeptuarekin, argiaren naturan ikusitako uhin/partikula dualtasunarekin, eta Atomoaren egituran ikusitako egitura elektronikoarekin bi esperimentu azaldu ziren. Alde batetik, efektu fotoelektrikoa, eta bestetik, atomoen igorpen/absortzio espektroak. Elkar ditzagun fenomeno hauek guztiak.
Garai hartan uste zuten materiak energia modu jarrai batean absorbatzen ala emititzen zuela (gogoratu argiaren naturan ikusi genuela erradiazioaren frekuentzia bere energiarekin erlazionatuta dagoela). Hau da, materiak edozein energia zuen erradiazioa xurgatzen ala irradiatzen ahal zuela. Imajina dezagun orain irudiko diru-zorroa. Pentsa dezakegu zorroa irekita egonda, edozein txanpon sar daitekeela barruan. Eta noski, edozein txanpon atera daitekeela. Horrelako zerbait zeukaten fisikariek buruan.Garaiko teoria fisikoek hori aurresaten zuten, ezin zen beste aukerarik egon. Baina esperimentuak egiteko orduan, ikusi zuten ez zela horrela! Materiak bakarrik energia konkretua zuen erradiazioa absorbatu ala emititu egiten zuen!!!! Erotzeko moduan, desesperatuta, gertakari hau azaltzeko beste modurik aurkitu ezinik, Planck-ek zera esan zuen. Energia kantitate konkretuak absorbatzen zituela materiak, energia paketeetan joango balitz bezala. Horrela, kantitate berdineko paketeak absorbatzen ahal zuen materiak, horietako pakete bat. ala bere multiploak, hau da, 1, 2, 3, 4, etab. Pentsa, diru-zorro eta txanponetara bueltatuz gero, imajinatu ikusten dugula gure diru-zorroak bakarrik zentimo bateko txanponak gordetzen dituela. Baina 2, 5, 20, 50 zentimokoak, eta euro 1 eta 2koak diru-zorroa zeharkatzen dutela. Berdin dio kantitate horietako zenbat txanpon bota, zorroaren barruan bakarrik zentimo batekoak geratuko dira!!!! Hori bai, zorionez, bat baino gehiago geratzen ahal dira!
Energia pakete hauei izen bat jarri nahi zion Planck-ek, eta latinera jo zuen. Latinez, gauza baten kantitate minimo bati "quantum" deitzen zioten. Gure diru-zorroaren kasuan, zentimoko txanpon bat txanponen "quantum" bat izango litzateke. Antzeko moduan, energia pakete horri energia "quantum"-a deitu zion. Horrela, lehenengo Teoria Kuantikoa sortu zen (ez azkena). Planck-ek berak aitortu zuen Kuantoaren ideia ez zitzaiola gustatzen, baina ez zuela beste azalpenik ikusten. Kuantoaren esistentzia garaiko teoria fisikoetan sarbiderik ez zuen, eta horregatik, oso ideia iraultzailea izan zen. Planck moduko kontserbadore bati gustatzen ez zitzaion modukoa.
Denborarekin, gauzak argituz joango ziren, eta Planck-en kuantoa beste teoria zabalago batean bere tokia aurkitu zuen, gaur egun ezagutzen dugun Mekanika Kuantikoan. Hau gertatu aurretik, ordea, post honetan ikusi dugun kuantoaren kontzeptuarekin, argiaren naturan ikusitako uhin/partikula dualtasunarekin, eta Atomoaren egituran ikusitako egitura elektronikoarekin bi esperimentu azaldu ziren. Alde batetik, efektu fotoelektrikoa, eta bestetik, atomoen igorpen/absortzio espektroak. Elkar ditzagun fenomeno hauek guztiak.
Espektro atomikoak
Fisikariek, garai hartan, argia eta atomoen arteko elkarrekintza aztertzen zebiltzan. Atomo guztien artean, Hidrogenoarena ere aztertu zuten. Esperimentu bat diseinatu eta burutu zuten. Argia hidrogeno atomoak zeuden lekutik pasaarazten zuten, eta pasatako argia pantaila batean ikusten zuten, prisma batez difraktatuta. Zer da prisma bat? Pentsa dezagun ortzadarrean. Eguzkiko argia euri tantatik pasatzean, elkarturik doazen koloreak banatu egiten dira. Euri tantaren efektua egiten duen materialari prisma deitzen zaio. Beno, esperimentua burututa, irudian goiko aldean azaltzen dena ikusten zuten. Kolore guztiak ez ziren agertzen, leku konkretu batzuetan marra beltzak agertzen ziren! Hau da, hidrogeno atomoak energia konkretuko fotoiak absorbatzen zituen! Gero, pantaila hau kendu, eta beste bat jartzen zuten, argi iturria itzalita. Horrela, hidrogeno atomoak igorritako argia ikusi nahi zuten. Eta hara, irudian beheko zatian agertzen dena ikusi zuten. Fijatu gaitezen bi irudiak elkartzen baditugu, ortzadar osoa ikusten dugula! Puzzle piezak bezala elkartu egiten dira. Nola azaldu hau? Atomoaren egituran ikusi genuen atomo elektroiek energia konkretuko egoeretan bakarrik zeudela. Hortaz, egoera batetik bestera mugitzeko, energia diferentzia konkretuak daude. Elektroiek energia hau argiari “erosten” diote. Prezio exaktoa ordaindu behar dute, hau da, energia handiago ala txikiago duten fotoiak ezin dituzte erosi (absorbatu). Horrela, egoera desberdinetara pasatzeko fotoi desberdinak absorbatzen zituzten, energia baxueneko egoeratik energia altuagoko egoeretara pasatzeko. Horregatik, absortzio espektroan marra beltz konkretu batzuk agertzen ziren. Behin energia altuagoko egoera horietan egonda, argi gehiago (energia gehiago) ez badiegu ematen, denbora pixka bat pasata hasierako egoerara bueltatzen dira elektroiak. Hori egiteko, absorbatutako energia “bueltatu” behar dute. Eta nolakoa da energia hau? Hain justu, hasieran absorbatu duten berdina. Hau dela eta, emisio espektroan marrak bakarrik agertzen dira absortzio espektroan marra beltzak agertzen diren leku berdinetan, eta ez besteetan.
Efektu Fotoelektrikoa
Efektu fotoelektrikoaren fenomenoa ondorengoan datza. Metal xafla bat argiarekin igortzen dugunean, elektroiak askatzen dira. Hortik datorkio bere izena, foto (argia) eta elektriko (elektroiak). Baina hau ez zen beti gertatzen. Xaflara heldu behar zen argiaren frekuentzia (energia) handiegia ala txikiegia bazen, ez zen deus gertatzen. Aldiz, frekuentzia konkretuko argia bidaliz gero, elektroiak askatzen ziren. Intentsitate txikiko argia bazen, elektroi gutxi askatzen ziren, eta intentsitate altua bazen, elektroi asko. Nola azaldu hau? Einsteinek fenomeno hau argia partikula zela suposatuz azaldu zuen, eta fotoia deitu zion partikula honi. Horra, fotoi bat metal xaflan dagoen elektroi batekin talka egitean, bere energia elektroiak hartuko du baldin eta xaflatik alde egiteko behar duen energia exaktoa bada. Bestela, ez da deus gertatuko. Horrela, intentsitatea txikia bada, fotoi gutxi daudela esan nahi du. Fotoi gutxik elektroi gutxi aska dezakete. Intentsitatea altua bada, aldiz, fotoi asko daude eta elektroi asko aska daitezke. Ikusten dugunez, bi kasuetan energia berdineko fotoiak xurgatzen dira. Hau da, Planck-ek esandako energia paketeak, kuantoak. Metalaren arabera, xurgatutako fotoien energia aldatuz doa. Baina metal bakoitzean, energia hau konstante mantentzen da. Einsteinek efektu hau azaltzeagatik irabazi zuen Nobel saria. Beharbada, famatuagoa da Grabitatearen Teoria Erlatibistarengatik, baina Nobel saria efektu fotoelektrikoaren azalpenak eman zion!
Bi adibide hauek irudikatzen dute materia osatzen duten elementuek ezin dutela edozein energia izan. Edozein energia izango balute, marra konkretuak ez zirelako agertuko. Materiaren energia kuantizatua dagoela esaten dugu. Aurrerago ikusiko dugu ez energia bakarrik, baizik eta materia osatzen duten elementuen beste propietateak ere kuantizatuta daudela, eta kuantizazio honen jatorria nondik datorren ere ikusiko dugu. Baina hori baino lehenago, galdera bat botatzen dizuet. Argiaren osagaiak, fotoiak, uhin/partikula dualtasuna azaltzen badute, zer gertatzen da materia osatzen duten elemtuekin, elektroiekin adibidez? Hauek partikulak dira bakarrik? Ala uhin izaera badute ere bai? Galdera honi hurrengo post-ean emanen diot erantzuna.
Fisikariek, garai hartan, argia eta atomoen arteko elkarrekintza aztertzen zebiltzan. Atomo guztien artean, Hidrogenoarena ere aztertu zuten. Esperimentu bat diseinatu eta burutu zuten. Argia hidrogeno atomoak zeuden lekutik pasaarazten zuten, eta pasatako argia pantaila batean ikusten zuten, prisma batez difraktatuta. Zer da prisma bat? Pentsa dezagun ortzadarrean. Eguzkiko argia euri tantatik pasatzean, elkarturik doazen koloreak banatu egiten dira. Euri tantaren efektua egiten duen materialari prisma deitzen zaio. Beno, esperimentua burututa, irudian goiko aldean azaltzen dena ikusten zuten. Kolore guztiak ez ziren agertzen, leku konkretu batzuetan marra beltzak agertzen ziren! Hau da, hidrogeno atomoak energia konkretuko fotoiak absorbatzen zituen! Gero, pantaila hau kendu, eta beste bat jartzen zuten, argi iturria itzalita. Horrela, hidrogeno atomoak igorritako argia ikusi nahi zuten. Eta hara, irudian beheko zatian agertzen dena ikusi zuten. Fijatu gaitezen bi irudiak elkartzen baditugu, ortzadar osoa ikusten dugula! Puzzle piezak bezala elkartu egiten dira. Nola azaldu hau? Atomoaren egituran ikusi genuen atomo elektroiek energia konkretuko egoeretan bakarrik zeudela. Hortaz, egoera batetik bestera mugitzeko, energia diferentzia konkretuak daude. Elektroiek energia hau argiari “erosten” diote. Prezio exaktoa ordaindu behar dute, hau da, energia handiago ala txikiago duten fotoiak ezin dituzte erosi (absorbatu). Horrela, egoera desberdinetara pasatzeko fotoi desberdinak absorbatzen zituzten, energia baxueneko egoeratik energia altuagoko egoeretara pasatzeko. Horregatik, absortzio espektroan marra beltz konkretu batzuk agertzen ziren. Behin energia altuagoko egoera horietan egonda, argi gehiago (energia gehiago) ez badiegu ematen, denbora pixka bat pasata hasierako egoerara bueltatzen dira elektroiak. Hori egiteko, absorbatutako energia “bueltatu” behar dute. Eta nolakoa da energia hau? Hain justu, hasieran absorbatu duten berdina. Hau dela eta, emisio espektroan marrak bakarrik agertzen dira absortzio espektroan marra beltzak agertzen diren leku berdinetan, eta ez besteetan.Efektu Fotoelektrikoa
Efektu fotoelektrikoaren fenomenoa ondorengoan datza. Metal xafla bat argiarekin igortzen dugunean, elektroiak askatzen dira. Hortik datorkio bere izena, foto (argia) eta elektriko (elektroiak). Baina hau ez zen beti gertatzen. Xaflara heldu behar zen argiaren frekuentzia (energia) handiegia ala txikiegia bazen, ez zen deus gertatzen. Aldiz, frekuentzia konkretuko argia bidaliz gero, elektroiak askatzen ziren. Intentsitate txikiko argia bazen, elektroi gutxi askatzen ziren, eta intentsitate altua bazen, elektroi asko. Nola azaldu hau? Einsteinek fenomeno hau argia partikula zela suposatuz azaldu zuen, eta fotoia deitu zion partikula honi. Horra, fotoi bat metal xaflan dagoen elektroi batekin talka egitean, bere energia elektroiak hartuko du baldin eta xaflatik alde egiteko behar duen energia exaktoa bada. Bestela, ez da deus gertatuko. Horrela, intentsitatea txikia bada, fotoi gutxi daudela esan nahi du. Fotoi gutxik elektroi gutxi aska dezakete. Intentsitatea altua bada, aldiz, fotoi asko daude eta elektroi asko aska daitezke. Ikusten dugunez, bi kasuetan energia berdineko fotoiak xurgatzen dira. Hau da, Planck-ek esandako energia paketeak, kuantoak. Metalaren arabera, xurgatutako fotoien energia aldatuz doa. Baina metal bakoitzean, energia hau konstante mantentzen da. Einsteinek efektu hau azaltzeagatik irabazi zuen Nobel saria. Beharbada, famatuagoa da Grabitatearen Teoria Erlatibistarengatik, baina Nobel saria efektu fotoelektrikoaren azalpenak eman zion! Bi adibide hauek irudikatzen dute materia osatzen duten elementuek ezin dutela edozein energia izan. Edozein energia izango balute, marra konkretuak ez zirelako agertuko. Materiaren energia kuantizatua dagoela esaten dugu. Aurrerago ikusiko dugu ez energia bakarrik, baizik eta materia osatzen duten elementuen beste propietateak ere kuantizatuta daudela, eta kuantizazio honen jatorria nondik datorren ere ikusiko dugu. Baina hori baino lehenago, galdera bat botatzen dizuet. Argiaren osagaiak, fotoiak, uhin/partikula dualtasuna azaltzen badute, zer gertatzen da materia osatzen duten elemtuekin, elektroiekin adibidez? Hauek partikulak dira bakarrik? Ala uhin izaera badute ere bai? Galdera honi hurrengo post-ean emanen diot erantzuna.
iruzkinik ez:
Argitaratu iruzkina