ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Развитие атомистического учения из "Физическая и коллоидная химия" В первой половине XIX века были определены атомные веса известных к тому времени химических элементов. Д. И. Менделеев, открывший в 1869 г. периодический закон изменения свойств элементов в зависимости от атомного веса, установил единство природы атомов, связанных между собой в единую периодическую систему. [c.6] Все эти явления н ранее известные, как, например, явление электролиза (Фарадей, 1834), неопровержимо доказывали атомистическую природу электричества, а также электрическую природу атомов и молекул. Было установлено, что всякий электрический заряд, как положительный, так и отрицательный, содержит целое число неделимых элементарных порций электричества, всегда связанных с материальной частицей. Масса каждого электрона примерно в 1838 раз меньше массы атома водорода. Она оценивается величиной т =9,1085-10 г. Элементарное количество электричества, представляющее заряд электрона, составляет е=4,8028 10 абсолютных электростатических единиц, или 1,602-10 кулонов. [c.7] Б изучении внутреннего строения атомов очень важными явились опыты по рассеянию а-частиц при прохождении их в газе и через металлическую фольгу. Эти опыты привели к ядерно] модели атома (Резерфорд, 1911), согласно которой атом в целом нейтралей, а положительно заряженное ядро его окружено электронами, причем число их равно заряду ядра (порядковому номеру элемента). [c.7] Линейчатое строение спектра атомов, свидетельствующее о дискретности их энергетических состояний, служит также доказательством того, что переход атома с одного энергетического уровня i 2 на другой Е сопровождается излучением кванта света (фотона), энергия которого равна разности энергий атома. [c.9] Однако еще более непосредственное доказательство существования дискретных уровней энергии атома было получено в опытах Франка и Герца (1913). [c.9] Модель атома водорода, предложенная Бором, была первым серьезным успехом в разработке количественной теории строения электронных оболочек атомов. Согласно этой модели, единственный электрон в атоме водорода движется в поле ядра лишь но разрешенным круговым орбитам, удовлетворяющим тому обязательному условию, чтобы момент количества движения электрона mvr был величиной, кратной /г/2я. [c.9] Здесь п—целое число, называемое к в а н т о в ы а1 числом, / постоянная Планка, да—масса, г—радиус круговой орбиты и у—скорость электрона. [c.9] Энергия атома водорода имеет отрицательный знак потому, что потенциальная и кинетическая энергия системы протона и электрона, разведенных па бесконечные расстояния, принимаются равными нулю. При сближении их потенциальная энергия уменьшается, часть ее переходит в кинетическую и другая часть освобождается в таком количестве, которое необходимо затратить на разведение протона и электрона на бесконечное расстояние. [c.10] Полученная чисто теоретическим путем формула частот спектра водорода совпадает с найденной ранее Бальмером (1885) эмпирическим путем из наблюдений спектров водорода (рис. 4). Замечательно, что рассчитанная и определяемая из спектров величины постоянной Рндберга также с большой точностью совпали друг с другом. Происхождение линий в спектре водорода, следовательно, можно объяснить переходом электрона с более высокого разрешенного уровня в предварительно возбужденном атоме на более низкий уровень при переходе его в нормальное состояние. [c.10] Для электронов с энергией 100—1000 электрон-вольт длина волны получается порядка 10 см—такой же, как и для рентгеновых лучей. [c.11] Развитие атомной физики последнего времени базировалось на квантовой механике, учитываюш,ей корпускулярную и одновременно волновую природу материальных частиц и лучистой энергии. Количественные соотношения квантовой механики передаются волновым уравнением Шредин-гера (1925). Оно составляется для волновой функции г з, квадрат которой г может быть истолкован как плотность электронного облака. [c.12] Таким образом, каждая подоболочка (подгруппа) подразделяется на ряд ячеек. Каждая такая ячейка отвечает определенному состоянию электрона, характеризуемого тремя квантовыми числами тг, I ж т. [c.14] Схема возможных значений квантовых чисел и электронных состояний в атоме представлена в табл. 1. [c.14] Четвертое квантовое число ст, называемое спиновым (от английского spin), характеризует вращение Электрона вокруг собственной оси. Два противоположных направления вращения отвечают двум значениям 0 =—V2 и a=+V2. выраженным в единицах h/2n. Каждой комбинации трех квантовых чисел п, I ж т, определяющих электронное состояние (ячейку), необходимо также приписать четвертое а. Описанная схема квантовых чисел характеризует возможные состояния электрона в атоме. [c.14] Структура электронных оболочек атомов в основном состоянии для цервых 20 элементов периодической системы приводится в табл. 2. [c.14] Инертные газы имеют электронные конфигурации с целиком заполненными оболочками и являются энергетически наиболее устойчивыми. Щелочные и щелочноземельные металлы только с одним и двумя электронами на внешней оболочке могут легко их терять, переходя в устойчивую форму положительного иона с электронной конфигурацией, подобной ближайшему инертному газу с меньшим атомным номером. В то же время такие элементы, как фтор, хлор и др., по числу внешних электронов приближающиеся к конфигурации инертных газов, стремятся приобрести электроны и воспроизвести эту устойчивую электронную конфигурацию, переходя в соответствующий отрицательный ион. [c.15] Причиной периодического повторения свойств элементов с возрастанием порядкового номера является периодическое повторение процесса постройки новых электронных оболочек. Химические свойства атома зависят от числа электронов во внешней оболочке и энергии связи их с атомом. Так, например, во внешней оболочке атомов фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута, находящихся в одной подгруппе таблицы Менделеева, содержится по 5 электронов, что определяет идентичность их валентных состояний и однотипность гидридов, гидроокисей, окислов и т. д. Однако прочность связи внешних электронов при переходе от фосфора к висмуту уменьшается благодаря экранированию ядра внутренними оболочками, в связи с чем в этом ряду возрастают металлические свойства. [c.15] Для первых 20 атомов сохраняется строгая последовательность заполнения подоболочек электронами в соответствии с последовательным уменьшением энергии связи электрона, так как электроны стремятся связаться в атоме возможно более прочно. Однако в атомах калия и кальция оказывается заполненной первая подгруппа четвертой оболочки (4х), в то время как не была еще закончена достройка последней подгруппы третьей оболочки (3(1). Нарушение последовательности заполнения оболочек вызвано тем, что энергия связи электронов 4 оказалась большей по сравнению с Зй . В атомах элементов, расположенных после кальция (Зс, Т1, V, Сг, Мп, Ре, Со, N1 и Си), имеющих во внешней оболочке по два электрона (у хрома даже один), достраивается незаполненная Зё подгруппа М-обо-лочки (табл. 3). [c.15] Вернуться к основной статье