Ядро атомное и рентгеновские спектры

В 1912 г. Генри Мозли (1887-1915) обнаружил, что частота рентгеновского излучения, испускаемого элементами при бомбардировке электронным пучком, лучше коррелирует с их порядковыми номерами, чем с атомными массами. Закономерная взаимосвязь между порядковым номером элемента и частотой (или энергией) рентгеновских лучей, испускаемых элементом, определяется внутриатомным строением элементов. Как мы узнаем из гл. 8, электроны внутри атома располагаются по энергетическим уровням. Когда элемент бомбардируется мощным пучком электронов, атомные электроны, находящиеся на самых глубоких энергетических уровнях, или, иначе, электроны из самых внутренних оболочек (ближайших к ядру), могут вырываться из атомов. Когда внешние электроны переходят со своих оболочек на образовавшиеся вакансии, атомы излучают энергию в форме рентгеновских лучей. Рентгеновский спектр элемента (набор частот испускаемого рентгеновского излучения) содержит в себе информацию об электронных энергетических уровнях его атомов. В настоящий момент для нас важно то, что эта энергия зависит от заряда ядра атома. Чем больше заряд атомного ядра, тем прочнее связаны с ним самые внутренние электроны атома. Тем большая энергия требуется для выбивания из атомов этих электронов и, следовательно, тем большая энергия испускается, когда внешний электрон переходит на вакансию во внутренней электронной оболочке. Мозли установил, что частота испускаемого при этом рентгеновского излучения (ее обозначают греческой буквой ню , V) связана с порядковым номером элемента Z соотношением [c.311]

Таким образом, вскрывается физическое содержание этой открытой Д. И. Менделеевым наиболее фундаментальной количественной характеристики элементов порядковый номер химического элемента есть заряд ядра его атома. Порядковый номер элементов может быть экспериментально найден помимо химических соображений (т. е. местоположения элемента в периодической системе) не только путем изучения рассеяния а-частиц, но и другими, также чисто физическими способами, из которых наиболее простым и точным является изучение рентгеновских спектров элементов. При этом подтвердилась правильность перестановок в периодической таблице, например, помещение кобальта перед никелем вопреки их атомным весам, [c.53]

Чем больше заряд атомного ядра, тем сильнее будет отталкиваться от него а-частица, тем чаще будут встречаться случаи сильных отклонений а-частиц, проходящих через слой металла, от первоначального направления движения. Поэтому опыты по рассеянию а-частиц дают возможность не только обнаружить существование атомного ядра, но и определить его заряд. Уже из опытов Резерфорда следовало, что заряд ядра (выраженный в единицах заряда электрона) численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Это было подтверждено Г. Мозли, установившим в 1913 г. простую связь между длинами волн определенных линий рентгеновского спектра элемента и его порядковым номером, и Д. Чедвиком, с большой точностью определившим в 1920 г. заряды атомных ядер ряда элементов по рассеянию а-частиц. [c.39]

Переходы электронов, принадлежащих к внутренним слоям, вызывают рентгеновское излучение, длина волн которого значительно меньше, чем длина волн видимого света. Это обусловлено тем, что внутренние электроны более прочно связаны с атомным ядром, поэтому их переходы сопряжены с большими энергетическими изменениями, что согласно уравнению (1.9) приводит к излучению высокой частоты и, следовательно, малой длины волны. Рентгеновские спектры состоят из небольшого числа линий их частоты закономерно изменяются с увеличением заряда ядра при переходе от одного элемента к другому (см. разд. 1.5). [c.33]

Возбудить атом можно, лишь сообщив ему извне дополнительную энергию. Возбуждение ядра требует большой энергии, порядка 10 эВ, что соответствует квантам у-излучения. В условиях получения оптических и рентгеновских спектров энергия атомных ядер остается неизменной и внутренняя энергия атомов зависит только от энергетических состояний электронов. [c.25]

Исследование рентгеновских спектров позволяет определить число квантовых уровней в атоме. Открытие закона Мозли подтвердило и обобщило выводы Резерфорда о том, что заряд ядра атома отвечает порядковому номеру элемента 1. Кроме того, известно, что Менделеев расположил некоторые элементы в периодической системе не в порядке возрастания атомного веса (чтобы не нарушать сходства элементов в группах). В частности, кобальт был поставлен раньше никеля, хотя он и имеет атомный вес больше никеля. [c.77]

Современная атомная физика и химия более глубоко вскрыли содержание периодической системы, развили ее, дали ответ на те вопросы, которые оставались еще не ясными. В частности, причина химической периодичности не могла быть раскрыта в рамках только химии. Развитие физики, связанное с изучением рентгеновских спектров, радиоактивности и строения атома (Г. Мозли, Н. Бор, В. Паули), позволило вскрыть физический смысл периодического закона. Основная сущность этого закона заключается в том, что идущее по мере увеличения положительного заряда ядра (а следовательно, и числа внешних электронов) последовательное развитие атомных структур протекает с периодическим образованием сходных электронных систем. Поэтому все свойства, связанные с распределением электронов в атомах, должны также изменяться периодически . Не атомный вес, а заряд ядра является основной характеристикой атома, само периодическое повторение аналогичных особенностей в свойствах элементов и форм их соединений в молекулах есть следствие периодичности в строении электронных оболочек. [c.68]

Место элемента в периодической системе в соответствии с его атомным номером, равное положительному заряду ядра, как было установлено в 1913 г. Мозли в результате изучения рентгеновских спектров элементов, стало определяющей характеристикой элемента. Изучение взаимопревращаемости элементов в процессе радиоактивности, открытие закона сдвига позволили понять существо, характер связи элементов в системе как связи генетической. Место элемента в системе характеризовало, таким образом, каждый элемент как узловую точку, качественный этап в развитии химического вещества. [c.309]

Можно считать, что теория Льюиса в ее современном виде выросла из теории строения атома Резерфорда, изображающей каждый атом в виде миниатюрной солнечной системы, в которой отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Практически вся масса атома локализирована в его ядре. Электроны атомов всех элементов тождественны друг другу, но ядра атомов каждого элемента отличаются от ядер атомов другого элемента по своему заряду и массе. Их средние массы пропорциональны их атомным весам, тогда как их заряды, выраженные как кратные заряда электрона, равняются их атомным номерам, которые можно найти в таблице Менделеева или из рентгеновских спектров элементов (Мозли). Так как атомы нейтральны, то число планетарных электронов каждого атома должно быть численно равным атомному номеру. [c.469]

Поиски недостающих элементов возобновились после открытия Мозли, который показал, что для каждого элемента можно установить атомный номер, исходя из частоты главной линии рентгеновского спектра, так как корень квадратный из частоты колебаний рентгеновских лучей пропорционален заряду ядра, а следовательно, и атомному номеру [18]. [c.16]

Чем больше атомный номер элемента, тем короче длины волн соответствующих линий рентгеновского спектра, поскольку больший заряд ядра обусловливает более прочную связь внутренних электронов в атоме. [c.200]

За истекшие 70 лет с момента выхода в свет последнего прижизненного издания Основ химии в направлении поисков новых способов табличного и графического и вообще математического выражения периодического закона выполнено множество исследований и выдвинуто много предложений. Некоторая часть, причем наиболее интересных и важных, исследований и предложений в этом направлении связана с результатами проникновения современной физики в глубь атома, раскрытия его квантово-электронного строения, обнаружения изотопов как разновидностей химических элементов. Именно явление изотонии, с одной стороны, и наличие у элемента порядкового числа, выводимого экспериментальным путем из данных характеристического рентгеновского спектра элемента, с другой стороны, привели к установлению двух таких фундаментальных признаков атома, как порядковое число ТУ, численно равное положительному заряду атомного ядра Ъ (признак вида атомов — химического элемента), и массовое число А (признак разновидности атомов — изотопа). Оба признака —N=Z и А— носят строго целочисленный характер, важность чего нри характеристике периодического закона всегда отмечал Менделеев. [c.189]

Первый том нового (шестого) издания справочника состоит из пяти книг, посвященных атомной и молекулярной физике. Первая книга — правила пользования справочником, метрическая система, основные физические и химические константы, атомы и ионы (спектры, радиусы, магнитные моменты, поляризуемость, эффект Фарадея). Вторая и третья книги — свойства молекул, молекулярных ионов и радикалов межатомные расстояния, энергии химических связей, колебания и вращение молекул, барьеры внутреннего вращения, ИК-, КР- и микроволновые спектры, спектры поглощения, энергии ионизации, оптическое вращение, поляризуемость, магнитные моменты, квантовые выходы фотохимических реакций. Четвертая книга — кристаллы (строение, типы решеток, рентгеновские спектры, радиусы атомов и ионов) пятая — атомное ядро и элементарные частицы (свойства ядер, естественная радиоактивность, ядерные реакции, космические лучи). [c.44]

Менделеев расположил элементы в последовательности возрастающих атомных весов, которые он считал основным признаком, определяющим свойства элементов. Оказалось, что сходные физические и химические свойства закономерно повторяются через правильные промежутки. Для того чтобы сохранить периодичность, нужно было, однако, поменять местами аргон с калием, кобальт с никелем и иод с теллуром, т. е. в трех местах нарушить последовательность атомных весов. Если после такой перестановки перенумеровать элементы от номера 1 для водорода до номера 92 для урана, то порядковые номера совпадают с числом элементарных положительных зарядов атомных ядер и с равным им числом электронов, окружающих ядро. Как уже указывалось ( 40 и 78), рассеяние а-лучей и рентгеновские спектры достаточно убедительно подтвердили совпадение порядковых номеров с числом зарядов ядер. Таким образом, характерным признаком элементов служит не атомный вес, как раньше предполагали, а порядковый номер. Последний равен числу протонов в ядре. [c.112]

При бомбардировке антикатода электронами большой энергии из атомов элемента, нанесенного на антикатод, вырываются электроны даже с самых близких к ядру орбит. На освободившиеся при этом места переходят электроны с более удаленных орбит. Такие переходы сопровождаются излучением рентгеновских лучей, обладающих наибольшей частотой и наименьшей длиной волны среди атомных спектров. Рентгеновские спектры состоят из нескольких серий. Переход электронов на ближайшую к ядру орбиту сопровождается излучением так называемой /(-серии, на вторую орбиту — излучением L-серии, на третью орбиту — уИ-серии и т. д. (рис. 10). Каждая серия состоит из многих линий. Так, в /С-серии переход со второй орбиты на первую дает линию /С, с третьей на первую —/< 3, с четвертой на первую — Кг и т. д. Возбуждение К-, L- и М-серий рентгеновских спектров показано на рис. 10. В каждой серии есть граничная — максимальная — частота, отвечающая захвату свободного электрона соответствующей орбитой. Эти максимальные частоты особенно просто связаны с атомным номером элементов Z, например, максимальная частота в /С-серии ч- тлл = R Z — 1)2, где R — постоянная величина, определенная задолго до появления планетарной [c.27]

Напомним основные положения атомистики, существовавшие во время открытия периодического закона 1) атом — мельчайшая неделимая частица элемента 2) каждый элемент состоит из атомов с определенной и постоянной атомной массой 3) между химическими элементами отсутствует генетическая связь 4) один химический элемент не может превращаться в другой. Ни одно из этих положений к настоящему времени не сохранилось. Открытие явлений радиоактивности, сложности строения атома, закономерностей структуры рентгеновских спектров химических элементов подорвали правильность этих положений. Атомная масса химического элемента перестала быть основной величиной для построения периодической системы. Такой величиной стало порядковое или атомное, число элемента, равное числу положительных зарядов, или что то же — числу протонов в ядре атома. Это число называется менделеевским. [c.86]

Рассмотрим теперь различия в свойствах изотопов. Все свойства элементов можно разделить на две группы. К первой принадлежат ядерные свойства, непосредственно зависящие от массы и строения ядра. К ним принадлежат атомный вес, радиоактивность и ее характер,рентгеновские спектры и некоторые другие свойства. Ко вторым относятся периферические свойства, зависящие от строения внешних слоев электронной оболочки вокруг ядер. К ним принадлежат химические свойства элементов и большинство их физических свойств. При изменении агрегатного состояния элемента, вступлении его в химическое соединение с другим элементом и при внешних воздействиях обычного порядка ядро атома остается неприкосновенным, а изменяется лишь строение электронной [c.22]

Из теории планетарной модели атома следовало, что частоты разных спектральных линий атомных спектров должны определенным образом зависеть от зарядов атомных ядер. Особенно просто можно было проследить эту зависимость для рентгеновских спектров, образующихся в рентгеновской трубке при бомбардировке разных нанесенных на антикатод материалов разогнанными электрическим полем электронами. При такой бомбардировке из атомов антикатода вырываются электроны даже с самых близких к ядру орбит. На освободившиеся при этом места переходят электроны с более удалённых орбит. Такие переходы сопровождаются излучением рентгеновских лучей, обладающих наибольшей частотой и наименьшей длиной волны среди атомных спектров. [c.9]

В 1913—1914 гг. английский физик Г. Мозели предпринял широкие исследования рентгеновских спектров. Установив закон = — 1) и определив частоты линий серии К для ряда элементов, Мозели определил Z для этих элементов. Оказалось, что положительный заряд ядра Z, а стало быть и число электронов, окружающих атомное ядро, равняется порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Таким образом, окончательно подтвердились порядковые номера мест, занимаемых [c.9]

Год 1913 оказался знаменательным в истории редкоземельных элементов — это был год опубликования работ талантливого английского физика Мозели. Ученому удалось сфор.мулировать закон, который связывал частоту спектральных линий характеристического (свойственного атомам данного элемента) рентгеновского излучения с порядковым номером элемента. Формулировка этого закона на первый взгляд ни о чем не говорила химику квадратный корень из частот характеристических линий рентгеновских спектров различных элементов есть линейная функция натурального ряда чисел N (т. е. М— =1, 2, 3,4и т. д.). В чем же заключался физический смысл этого ряда Смысл его был понят на основании представлений о месте элел1ента в периодической системе. иМ увеличивается от атому к атому (т. е. от элемента к элементу,—Д. Т.) всегда на одну единицу... N есть то же самое число, равное номеру места, занимаемого элементом в периодической системе. Этот атомный номер или порядковое число для Н есть 1, для Не—2 и т. д. ,— писал Мозели. Значит, найденная Мозели величина оказывалась функцией порядкового номера элемента в системе. Последовательность элементов в таблице Менделеева полностью совпала с рядом Мозели. В том же году Ван-ден-Брук и Бор отождествили число N с зарядом ядра Z. [c.79]

Оказалось, что место элемента в таблице определяется не атомным весом, не комплексом химических свойств атома, даже не строением атома, а зарядом его ядра, простым числом, названным номером элемента. Гениальная простота придала математическую точность всей менделеевской таблице. Это число выводилось экспериментально, являясь квадратным корнем из частоты колебаний характеристических линий рентгеновского спектра. Так поразительно просто была решена задача. [c.110]

В апреле 1914 г. Мозли опубликовал результаты исследования 39 элементов, от 1зА1 до 7,Ли. (Напомним, что порядковый номер элемента указывается индексом слева внизу от символа элемента.) Часть полученных им данных воспроизводится на рис. 7-2. Мозли писал Спектры элементов представляют собой равноотстоящие друг от друга горизонтальные линии. Выбранная последовательность расположения элементов соответствует возрастанию их атомных весов (масс), за исключением случаев Аг, Со и Те, когда она не согласовывалась с последовательностью изменения их химических свойств. Между элементами Мо и Ки, а также между Nd и 8т и между XV и Оз остаются вакантные места для спектральных линий, но элементы, которым могли бы соответствовать линии в этих местах, неизвестны... Все это эквивалентно тому, как если бы мы приписали последовательным элементам ряд характеризующих их последовательных целых чисел... Тогда, если бы какой-либо элемент не удавалось охарактеризовать такими числами или произошла ошибка в составлении последовательности элементов либо в нумерации мест, оставленных для еще неизвестных элементов, установленная закономерность (прямолинейная зависимость) оказалась бы сразу же нарушенной. Это позволяет на основании одних лишь рентгеновских спектров заключить, не пользуясь никакой теорией строения атома, что указанные выше целые числа действительно могут характеризовать элементы... Недавно Резерфорд показал, что наиболее важной составной частью атома является расположенное в его центре положительно заряженное ядро, а Ван-ден-Броек выдвинул предположение, что заряд этого ядра во всех случаях представляет собой целочисленное кратное от заряда ядра водорода. Есть все основания предполагать, что целое число, определяющее вид рентгеновского спектра [элемента], совпадает с числом единиц электрического заряда в ядре [его атомов], и, следовательно, данные эксперименты самым серьезным образом подтверждают гипотезу Ван-ден-Броека . [c.312]

Мозли в результате исследования рентгеновских спектров элементов показал, что положительный заряд атома элемента численно равен порядковому номеру в периодической системе. Следовательно, химическая природа элемента определяется не массой (атомным весом), а новой величиной — зарядом ядра или порядковым номерем. [c.82]

Одним из основных современных научных направлений использования рентгеновской спектроскопии является экспериментальное изучение степени ионности ковалентной связи. Ковалентная связь между неодинаковыми атомами поляризована (см. гл. IV), в результате чего связывающее электронное облако смещено в сторону более электроотрицательного атома. Последний приобретает отрицательный эффективный заряд и функционирует как аннонообра-зователь. Отрицательный эффективный заряд уменьшает заряд атомного ядра, и все энергетические уровни, в том числе уровни внутренних электронов (которым обязаны своим происхождением рентгеновские спектры), сдвигаются в сторону меньших энергий, т. е. в длинноволновую сторону. С партнером по связи (катиоыооб-разователем) происходит все наоборот. Благодаря его положительному эффективному заряду положительный заряд ядра увеличивается, в результате чего электронные оболочки стягиваются к ядру и энергетические уровни атома сдвигаются в коротковолновую сторону, т. е. их энергии возрастают. Поведение валентных электронов, [c.182]

Учение о строении атомов дало объяснение указанным отступлениям. Согласно 25, более правильно говорить, что свойства элемента зависят от величины положительного заряда ядра, а не от атомного веса. Опытное определение зарядов ядер при помощи рентгеновских спектров подтвердило правильность расположения указанных 4 пар элементов, сделанное Д. И. Менделеевым 18Аг —, (,К, Со — 52Те-ьз1, воТН- Ра. [c.192]

Уравненпе (165) гл. IV без новых допущении нельзя применять для вычисления поляризуемости системы электронов, находящихся на различных квантовых уровнях и связанных с общими ядрами. Во-первых, опытные данные Катбертсона п теоретические расчеты Кэнмбелла указывают на большую вероятность того, что дисперсия света вызвана главным образом валентными электронами и электронами наружной электронной оболочки, для которых влияние внешнего ноля света относительно эффективнее действия кулоновского ноля ядер. Число таких электронов, как и прежде, обозначим через s. Электроны внутренних орбит экранируют заряд ядра, так что его эффективная величина 2эфф окажется меньше атомного номера, пайдепиого по рентгеновским спектрам элементов (Мозли см. гл. V). Кроме того, вместо квантовых чисел и т. , описывающих все электроны с главным квантовым числом п, следуя Полингу [25], можно взять средние значения квадратов этих чисел, считая, что каждое из электронных состояний встречается с одинаковой вероятностью. Согласно По- [c.352]

С химической точки зрения наиболее важной характеристикой атома является его атомный номер 2, равный числу протонов в ядре (т. е. заряду ядра) и, следовательно, числу электронов. Атомные номера определяют большинство химических и физических свойств данных атомов в совокупности и различны для разных элементов. Атомные номера были впервые определены Резерфордом из его экспериментов по рассеянию а-частиц металлическими фольгами, и с тех пор эти величины находят из рентгеновских спектров. Из элементов, встречающихся в природе, наибольший атомный номер имеет уран с 2 — 92, так что до урана должен быть еще 91 элемент. Все эти элементы, за исключением четырех, встречаются в природе, а четыре недостающих элемента в настоящее время получены с помощью ядерных реакций, так же как одиннадцать элементов с большими атомными номерами, чем у урана. Более подробно об этом можно прочесть в книгах, посвяшенных строению атомов и ядериой химии. [c.10]

Нулевая группа была добавлена к периодической таблице после открытия Релеем и Рамзаем в 1894 г. и в последующие годы инертных газов — гелия, неона, аргона и др. Таблица, очень похожая по форме на приведенную в настоящей книге (табл. 4), была разработана в 1895 г. датским химиком Юлиусом Томсеном (1826—1909). После открытия электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном и разработки теории атома Эрнестом Резерфордом датский физик А. ван ден Брук высказал иредположение, что заряд ядра того или иного элемента (называемый теперь атомным номером) может быть равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Английский физик Мозли занимался в то время определением точных значений атомных номеров многих элементов путем изучения их рентгеновских спектров, как описано в гл. IV. В 1922 г. Нильс Бор интерпретировал периодическую таб.дицу с точки зрения электронной структуры атомов (подробнее об этом см. гл. IX и X). [c.91]

Порядковый номер и число зарядов ядра. Из уравнения Мозли (4) для каждого элемента получаем некоторое число которое, как уже было показано, идентично порядковому номеру, определяемому последовательностью элементов в периодической системе. Значение порядковых номеров, находимых из уравнения Мозли, заключается прежде всего в том, что они позволяют совершенно однозначно расположить химические элементы на основании их рентгеновских спектров. Так как расположение по порядковым номерам во всех случаях совпадает с расположением их в периодической системе, в основу которого в свою очередь положены химические свойства элементов, то определение порядкового номера на основании закона Мозли позво.гяет совершенно бесспорно указывать положение в периодической системе также и таких элементов, для которых на основании остальных свойств и атомного веса этого прежде сделать не удавалось. [c.260]

Рассмотрим теперь различия в свойствах изотопов. Все свойства элементов можно разделить на две группы. К первой принадлежат ядерные свойства, непосредственно зависящие от массы и строения ядра. К ним принадлежат атомный вес, радиоактивность и ее характер, рентгеновские спектры и некоторые другие свойства. Ко вторым относятся периферические свойства, зависящие от строения внешних слоев электронной оболочки вокруг ядер. К ним принадлежат химические свойства элементов и большинство их физических свойств. При изменении агрегатного состояния, вступлении элемента в химическое соединение с другим элементом и при внешних воздействиях обычного порядка ядро атома остается неприкосновенным, а изменяется лишь строение электронной оболочки, точнее — внешних слоев валентных электронов у атомов, начинающихся со второго ряда системы Менделеева, где, кроме валентных электрогюв, имеются также внутренние. [c.23]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология