ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РАЗВИТИЕ АТОМИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ В ХИМИИ из "Электронное строение и химическая связь в неорганической химии" Так многие годы работали алхимики над превращением неблагородных металлов в золото, и, хотя их старания и не увенчались успехом, они заложили фундамент эмпирических данных, на котором могла строиться теоретическая химия. Они нашли, что вещества могут превращаться различными и многочисленными путями, но что невозможно, по крайней мере имевшимися в их распоряжении средствами, продолжать этот процесс безгранично и превращать одно вещество в любое другое. Это привело к основной концепции химии — понятию об элементарных веществах. Уже в семнадцатом столетии Юнгиус и Бойль установили, что существует несколько элементарных веществ, которые не способны превращаться друг в друга и не могут быть разложены дальше, и что все остальные вещества являются соединениями этих элементов. [c.13] Эти законы были сформулированы Мюиром следующим образом каждому однородному веществу может быть приписано определенное число, соответствующее определенной его массе, которое можно назвать его соединительным весом все химические реакции между элементами и соединениями происходят между такими их массами, которые могут быть выражены этими числами или кратньши им. [c.14] Два рода физических аналогий также сыграли важную роль в ранних определениях атомных весов. Одна из них носит название закона Дюлонга и Пти. Эти исследователи нашли, что для подавляющего большинства элементов в твердом состоянии удельная теплоемкость грамм-атома на градус Цельсия приблизительно равна 6 кал теперь мы знаем, что статистическая механика дает обоснование этого закона но сначала он был найден эмпирически. [c.16] Следует отметить, что з стаиовление этого закона требовало знания атомных весов элементов, подвергающихся исследованию, иначе количество вещества, составляющее грамм-атом, не могло бы быть найдено. Однако после проверки закона на ряде элементов, атомный вес которых был хотя бы приближенно известен, можно распространить закон и на другие элементы. Можно было считать, что количество любого вещества, требующее для нагревания на 1 градус 6 кал тепла, составляет 1 грамм-атом. Хотя никогда не считалось, что закон Дюлонга и Пти может давать точные значения атомной теплоемкости, пользуясь этим способом можно было находить приближенные атомные веса, а затем определять их более точно анализом, так как при определении молекулярного веса на основании закона Дюлонга и Пти возможная ошибка никогда не превышает искол1ую величину в 2— 3 раза, как это бывает при химическом определении молекулярного веса. Сочетание двух этих методов оказывалось полезным во многих случаях. [c.17] Очевидно, что если бы Берцелиус правильно интерпретировал соотношение 2 объема водорода + 1 объем кислорода дают 2 объема водяного пара, как 2 молекулы водорода -f-1 молекула кислорода дают 2 молекулы воды, то он увидел бы (так как 1 молекула кислорода потребляется доя образования 2 молекул воды), чта молекула кислорода распадается надвое и поэтому должна содержать четное число атомов. Тот факт, что во множестве изученных реакций кислород никогда не распадался на четыре или большее число частей, оставлял только одну возможность — приписать ему формулу Og. [c.18] Таким же путем могли быть определены формулы других элементарных газов. Если кислороду приписать атомный вес 16, то, сравнивая плотности паров, можно найти атомный вес любого другого элемента, формула которого в парообразном состоянии известна. Hol полезность метода не ограничивается этим, так как с его помощью можно определять молекулярные веса соединений, а сделав это, можно химическим анализом найти вес данного элемента, связанного в одном моле определенного соединения. Если, далее, существует несколько соединений одного элемента, которые могут быть получены в газообразном состоянии,.то можно определить наименьшее весовое количество элемеша, которое встречается в соединениях. Этот наименьший вес, естественно, считают весом грамм-атома, т. е. атомным весом. [c.18] если найдены атомные веса ряда элементов, оказывается возможным определить наименьший вес элемента с неизвестньил атомным весом, который соединяется с одним грамм-атомом любого элемента с известным атомным весом. Этот наименьший вес считают атомным весом нового элемента. Такой метод, конечно, может быть использован вне зависимости от того, каким образом определены атомные веса в ряду веществ с известнылш атомными весами. [c.18] И пробегают по проволоке до того места, где они потребляются,или, вернее, электроны, образуемые химическим процессом, дают толчок вдоль проволоки, который заканчивается тем, что электроны, находящиеся ка другом конце проволоки, освобождаются для участия в происходящем там химическом процессе здесь нет материального переноса отдельных электронов, принимающих участие в реакции на одном электроде, на другой электрод, а происходит только смещение электронов вдоль проволоки. [c.20] В этом параграфе Д1ы описали хорошо разработанную теорию. Она, конечно, не возникла сразу в законченном виде, а явилась результатом многочисленных экспериментов над свойствами растворов электролитов и свойствами электрически заряженных частиц, которые образуются при разряде в газах. Мы не можем входить во все детали ее разработки, но некоторые из них будут вкратце затронуты в следующей главе, в которой рассматриваются свойства отдельных атомов и электронов и описываются некоторые методы, с помощью которых эти свойства были открыты. [c.20] Отрицательно заряженные частицы могут быть получены и из других источников. Так, они наблюдаются в излучениях радиоактивных веществ и испускаются раскаленными металлами и окисями металлов. Последний из этих источников используется в электронных лампах различных конструкций. Зоммерфельд в своей книге Строение атома и спектральные линии [1] дает описание трубки, в которой на катоде нанесен слой окиси кальция (вещества, легко испускающего электроны), нагреваемый разрядом. Эта трубка заполнена газом под давлением 0,1 мм, что позволяет наблюдать за потоком электронов, так как они ионизируют газ и заставляют его светиться. Наличие газа в трубке обусловливает практически полное падение потенциала в непосредственной близости от катода, и поэтол1у электроны приобретают свою полную скорость почти сразу же, вырываются под прямым углом к плоскости катода (т. е. к поверхности окиси кальция) и сохраняют это направление, если на них не действует внешнее поле. Действие наложенного электрического поля легко может быть прослежено в такой трубке, как описанная Зоммерфельдом, так как след электронов отмечается свечением газа. Легко установить, что они ведут себя как отрицательно заряженные частицы, но точные измерения не могут быть проведены с трубками, содержащими газ под давлением 0,1 мм, так как газ под влиянием электронов становится проводящим, и это осложняет действие электрического поля. Однако трубка, изображенная на рис. 2, может быть использована для количественных измерений, если она хорошо эвакуирована, и путем наблюдения действия магнитного поля и сравнения его с действием электрического поля оказывается возможным определить удельный заряд (отношение заряда частицы к ее массе) и скорость электронов, как это будет описано ниже. [c.22] Элиминирование v из (2) и (4) дает возможность определить ejm поскольку все остальные величины измеряются экспериментально. [c.25] В описанном здесь виде методика опыта для определения е/т, конечно, является идеализированной в действительности на практике возникают различные осложнения (неоднородные электрическое и магнитное поля, а также, например, влияние остаточного газа в трубке). Действие взаимного отталкивания электронов, которое могло бы вызывать рассеивание потока, ничтожно. [c.25] Следует отметить, что катодные лучи были получены в трубках, в которых катоды были сделаны из различных материалов, и содержащих различные остаточные газы. Во всех этих случаях всегда была, в пределах ошибки опыта, найдена одна и та же величина е/т, что указывает на образование во всех случаях частичек одного и того же рода. Было также показано, что такую же природу имеют р-лучи, образующиеся при радиоактивном распаде, и частицы, образующиеся при действии света на металлы. Таким образом, оказываетея, что существует только один вид электронов, представляющих составную часть обычных материальных систем и чрезвычайно широко распростран- нных в природе. [c.26] Но масса капли может быть найдена с помощью ) равнепия (6) при условии, что плотность масла известна это дает возмола ость выразить г через М, так как gи ц — известные постоянные, а определяется экспериментально. Таким образом, каждый член правой части уравнения (8) будет известен или найден экспериментально, и величина е может быть вычислена. [c.27] Зная величины е/ти е, можно определить значение т, которое оказывается равным 9,12-10- г. [c.27] Схематическое изображение трубки для получения положительных ионов. [c.27] Техника измерения величины ejm была значительно улучшена Астоном [2], а позже и другидн исследователями. Теперь ejm определено с большой точностью для большого числа положительных ионов. Исходя из предположения, что заряд положительного иона всегда равен заряду электрона или является целочисленным кратным величины этого заряда, оказалось возлюжньш определить массы большого числа различных положительных ионов. Было установлено, что элемент в действительности может состоять из некоторого количества различных веществ, названных изотопами . Все изотопы данного элемента в общем имеют одинаковые химические свойства, но каждый из них имеет свой характерный атомный вес. Если взять средние атомные веса различных изотопов, учитывая количество каждого из присутствующих изотопов, то оказывается, что эти средние для различных элементов находятся в таких же отношениях, как атомные веса этих элементов, найденные химическими определениями. Это сравнение дает наиболее надежное доказательство правильности наших взглядов на природу положительных ионов и атомистической теории строения материи. [c.28] Рассмотрим теперь опыты Резерфорда [5], показывающие, что все положительные заряды атома сосредоточены в одном исключительно малом по размерам ядре и что электроны образуют своего рода диффузное облако вокруг ядра. Его опыты сделали также возможным определение положительного заряда ядра, а следовательно, и числа электронов в атоме. Эти опыты были проведены до работ Астона, и фактически именно исследования Резерфорда создали основу современной теории строения атома. [c.28] Резерфорд воспользовался в своих опытах в качестве рабочего мнструл. ента з-частпцами. Они являются положительно заряженными ионами, испускаемыми радиоактивными веществами. Прежде чел1 понять работы Резерфорда, мы должны знать природу этих частиц, которые он применил в качестве рабочего инструмента для исследования. [c.29] Для а-частиц значение /m может быть измерено как для любого положительного иона было найдено, что оно приблизительно вдвое меньше, чем для Н . Далее, было установлено, что все а-ча-стицы данного радиоактивного вещества имеют некоторую определенную скорость (за исключением тёх случаев, когда имеются различные группы а-частиц, в каждой из которых частицы имеют одинаковую скорость). Поэтому радиоактивные вещества представляют очень удобный источник заряженных частиц с постоянной и очень большой энергией. [c.29] Вернуться к основной статье