книги из ГПНТБ / Столярчук В.Г. Строение атома и периодическая система элементов Д. И. Менделеева

-

7

-

3 .

Анодные

лучи

Анодные

( и л и

наналовые)лучи

были

открыты в

1886 г о д у

немецкий

физиком

Ы.Гольmгей ном.

Анодные

лучи

-

э т о

п о т о к

невидимых

положительно

заряженных

частиц ( и о н о в ) г а з а ,

наполняющего

т р у б к у , образующихся

при

д е й с т в и и

на

молекулы

( а т о м ы ) г а з а

катодных л у ч е й .

Эти

ч а с т и ~

цы д в и н у т с я

s н а п р а в л е н и и ,

обратном

двияению катодных

л у ч е й ,

т . е . исходят

как

бы «з

а н о д а ,

отсюда

и

н а з в а н и е -

анодные

•

лучи

^ 7 ] .

Масса

частиц

этих

лучей

равна

м а с с е молекул

г а з а ,

з а п о л н я ­

ющего т р у б к у ,

а

заряд

р а в е н

или к р а т е н

з а р я д у

э л е к т р о н а ,

т . е .

эти

ионы

п р е д с т а в л я ю т

собой

молекулы

г а з а катодной

т р у б к и ,

потерявшие

один

или н е с к о л ь к о

э л е к т р о н о в .

Если

в катод

п р о ­

д е л а т ь о т в е р с т и я

( к а н а л ы ) ,

то

ч а с т ь

анодных - лучей

по

инерции

п р о н и к а е т

через

них в

з а к а т о д н о в

п р о с т р а н с т в о ,

отсюда

и д р у ­

г о е

их н а з в а н и е

-

каналовые

л у ч и .

4.

Фотоэлектрический

эффект

Фотоэлектрический

эффект

был открыт

в

1887

году

немецким

Московского у н и в е р с и т е т а

Александром

Г р и г о р ь е в и ч е м С т о л е т о - •

вым ( 1839-1896 г

г . ) .

Первые

опыты,

касающееся Ф о т о э л е к т р и ч е с к о г о

э ф ф е к т а ,

были

поставлены

Столетовым в

ф е в р а л е

1888

года

и

закончены в

ию­

не т о г о же г о д а .

Фотозлектрическиу эффектом н а з ы в а е т с я

ф и з и ч е с к о е

я в л е н и е ,

заключающееся

в

том,

что

тьёрдие

вешества

и

жидкости

под

д е й с т в и е м

излучения

( о с ь е ш е н и я )

выбрасывают

в

окружающее

их

п р о с т р а н с т в о

электроны ( ф о т о э л е к т р о н ы ) , при

этом вещество

з а р я ж а е т с я положительно?

7 ] .- .

Э т о я в л е н и е

и с п о л ь з у е т с я в

приборах - ф о т о э л е м е н т а х .

Учёным Ленардом

было п о к а з а н о ,

что вспуокаемые к а т о д о м под

(1899

1%);

Таким

о б р а з о м , электроны

катодных

л у ч е й ,

т е р м о э л е к т р о н ы ,

фотоэлектроны

имеют

совершенно

одинаковые

с в о й с т в а .

5.

Р е н т г е н о в с к и е

лучи

Р е н т г е н о в с к и е

лучи

были

открыта

немецким

учёным

Рентгеном в 1895 г .

Р е н т г е н ,

и з у ч а я

катодные

л у ч и , о б н а р у ­

жил,

что при падении

последних

на с т е к л о

катодной

трубки от

- с т е к л а

исходит

о с о б о е

невидимое

и з л у ч е н и е , к о т о р о е

он

н а ­

звал

X ( и к с )

-

л у ч а м и ,

э т и лучи д е й с т в у ю т

на

ф о т о п л а с т и н к у ,

п р о н и к а е т

в

той

или

иной

степени

ч е р е з б у м а г у ,

д е р е в о ,

к а р ­

т о н ,

тканж тела

и пластинки

лёгких

м е т а л л о в ,

но задерживают ­

с я тяжёлыми

металлами

( б а р и е м ,

с в и н ц о м ) ,

не

отклоняются

ни в

э л е к т р и ч е с к о м ,

пи в

магнитном

п о л я х ,

т . е .

я в л я г т е я

э л е к т р о ­

нейтральными . Они также способны ионизировать

г а з ы ,

п р е в р а ­

щая

их

в

положительно

заряженные

ионы

путём

выбивания

э л е к ­

т р о н о в .

• Эти лучи

вх-последствия

были

названы

лучами

Р е н т г е н а ,

сни

также

о б р а з у е т с я

и при падении

катодных

лучей» на пластинки

металла -

антикатоды .

Лучшим

антикатодом

я в л я е т с я

плаагина.

Р е н т г е н о в с к и е

лучи

-

э т о к о р о т к о в о л н о в о е

излучение

с

длиной

волгш

от 0,06 до

20А°,

зависящее

о т

природы

а н т и к а т о д а .

Р е н т г е н о в '

хие лучи

л о л у ч а и т

е

специальных

рентгеновских

трубках

и

иоцользупт

д л я рентгеноскопических

исследований 1

структуры

м е т а л л о в ,

кристаллов

и д р . в е т е с т в ,

а

также

они

широко

лрчиеняются в

медицине!

0,9 \ .

б .

Явление

радиоактивности

В IB96 г о д у французский химик

Анрг Б е к к е р е л ь

( I 8 5 2 - I 9 0 B I T . )

обнаружил,

ч т о соединения у р а н а

я

сам

уран

игл ус кают

н е я д ж *

ш е

л у ч и , которые

м о г у т проникать

с к в о з ь

р а з л и ч н е е

в е щ е с т в а ,

и о н и з и р о в а т ь

в о з д у х ,

вызывать

п о ч е р н е н и е ф о т о графя чес

« d

п л а с т и н к и ,

разрушающе

д е й с т в о в а т ь

на о р г а н и з м .

Но.

т о л ь к о ли

урану в

е г о

ооедин-еняям присуще

подобное

и з л у ч е н и е ?

-<

Б н т ь может,существтют

д р у г а е

вещез т в а , оолад&одие

такой

же

способностью? Учёные Пьер Кюри (1859-1906

г г . )

а

1йрия

Склодсвская-Кюри

( Ш б 7 - 1 9 ч З г г . )

з а н я л и с ь

решением

втой

з а ­

д а ч и . Исследованиями

Марии Склсдовской - Кюрн - бало

у о т а н о в л е -

н о ,

что

и з л у ч е н и е , испускаемое

у р а н о м ,

н е

з а в и с и т

от

внешних

у с л о в и й ,

вида

химического с о е д и н е н и я ,

в

котором

находится

у р а н . Нагревание

и охлаждение

п р е п а р а т а

с

ураном

не

в л и я е т

на

и н т е н с и в н о с т ь

испускаемых

л у ч е й .

Несколько

позже

Мария

Складовская-Кюри о б н а р у к и л а ,

что

таким

же с в о й с т в о м

обладают

соединения

т о р и я ,

б л и з к о г о

к

урану

по

величине

атомного

в е ­

с а

э л е м е н т а .

Мари л Склодовская-Юори

в т у

с п о с о б н о с т ь

к и з л у »

чения я а з в а л р

радиоактивностью

(

indlus

-

л у ч ) ,

а

в е щ е с т в а ,

и с п у с к а щ и е

л у ч и ,

подобно л у ч а м

урановых

и

ториевых

с о л е Я ; »

Радиоактивность

радия о к а з а л а с ь

в

н е с к о л ь к о миллионов

раз с и л ь н е е радиоактивности

равных

весовых

к о л и ч е с т в у р а н а .

а п о л о ш и а к т и в н е й

в ЗООО раз

р а д и я .

Впоследствии в

урановой

р у д е был

открыт третий р а д я о а к »

тивный

элемент актинии {/1С

)

црандуэскям

учёным Дэбьврком

(1894

г . " ) .

10

Д . И . Менделеев чрезвычайно и н т е р е с о в а л с я

работами

Б е к к е р е -

я в

й с у п р у г о в

Кюри и

в

1902

г о д у

п о с е т и л

их

лабораторию,

ч т о ­

бы

посмотреть ва "революционера" радия,,

Интересна

и

биография у р а н а .

№ о г о

д е с я т и л е т и й

с ч и т а л о с ь ,

что

"крестным

отцом"

элемента

у р а н а

был

берлинский

химик

Мардин

Генрих

Кяалрот,

которыЗ

в

1789

году

выделил

уран

я э

руды .

Но.

в

Г£ч3

году француз.

Эиен

Пеликого

выделил

у р а н

3

чистом

в и д е ,

д о к а з а в

при

э т о м ,

ч т о

Клапрот

принимал

з а

м е ­

талл е г о

окисел

UjSg

.

Таким

о б р д з о м , у р а н

"увидел

с в е т "

во

второй

р а з .

Но

учёные неправильно

определили

атомный

вес

у р а н а

о

это

д о с т а в и л о

много

х л о т о т

великому

Д . И . М е н д е л е е в у ,

к о г д а

оя

р а з р а б а т ы в а л

свою периодическув

с и о т е м у :

с в о й с т в а

урана

не

с о о т в е т с т в о в а л и

месту

в т а б л и ц е ,

куда

он

был

помещён с о г л а с ­

но

величина атомного

в э с а , р а в н о г о

120. Д . И . Менделеев

и з м е ­

нил

величину

атомного

в е с а у р а н а ,

подтвердил

э к з п е р и м е н т а л ь н о ,

а поставил уран последним, самый

тяжёлым

элементом

периоди ­

ческой

снотеыы,

т а к

к а к з а

ним

н е

было

и з в е с т н о

других

э л е ­

ментов . Таким обраэом,Д . И . Менделеев

н е

только

с о д е й с т в о в а л

"третьему

рождению"

у р а н а ,

но

JH

И

ждал

от

н е г о

"неожиданно ­

с т е й - -

f x o j .

Незадолго

до

своей

омерти Д . И . Менделеев

написал

п р о р о ч е с ­

т в е

о л о в а : "Убеждённый

в т о м ,

что

и с с л е д о в а н и е

у р а н а ,

н а ч и ­

н а я

о

е г о

природных

и с т о ч н и к о в ,

поведёт

ещё

ко

многим

н о ш и

отхрытжян, я

смело рекомендую

т е м ,

кто

ищет

предметы

д л я

новнх

но следовали i t ,

особо тщательно

заниматься

урановыми

00«виенцяын"{10].

Слова Д . И . Менделеева

с б ы л а с ь ,

так к а к

в

XX с т о л е т и я б ы ­

л о

осуществлено д е л е н и е

у р а н а .

7. , Исследование

р а д и о а к т и в н о г о

излучения

Радиоактивный

излучением

з а и н т е р е с о в а л и с ь учёные многих

с т р а н .

Резерфорд

( А н г л и я ) ,

Соддн

( И т а л и я ) ,

Раызай (Англия)

и

д р .

подробно

исследовали

р а д и о а к т и в н о е

и з л у ч е н и е .

f HI

///

РиЬч

I . Разложение

р а д и о а к т и в н о г о

излучения

в

э л е к т р и ч е с к о й или

магнитном

полях .

"

& л н п о в е с т и т ь

небольшое

количество

р а д и о а к т и в н о г о

ве~

щества (

На8гг

)

в

ияленькую

с в и н ц о в у в коробочку

с

о т в е р с т и ­

ем в в е р х у , то

из

коробочки

б у д е т

выходить

только

узкий

пучок

л у ч е й , направленных

в в е р х ,

а

в с е

боковые

лучи

будут

задержаны

свинцом .

Если

же

вертикалыщ{!

пучок

лучей

( и з л у ч е н и е ) ,

номео-»

г а т ь в э л е к т р и ч е с к о е

или

.магнитное

п о л е ,

то

на фотографичес.-^

койпластинке

получаются

уже

Л п я т н а .

Это

г о в о р и т

о

том, что

вертикальный

пучок лучей

под

влиянием

магнитного

ИЛИ

э л е к т р в -

чеекпго

полей

р а с п а д а е т с я

на

тря

ряда

л у ч е й ,

ка.эп'шныхг

Ы. ( а л ь ф я ) - л у ч а м и , р

( б е 7 а ) - л у ч а м и , у

( г а и м а ) ~ л у ч а м и

( р и с . I ) .

Как

п о к а з а л а

и с с л е д о в а н и я [j . l„

12] «

oi. -

л у ч и , мало

отклоняющиеся

к

о т р и ц а т е л ь н о заряженному

полису, представляют

поток

п о л о к н т е л ш о

заряженных

частиц

и являются

ядрами атома

г е л и я ,

с

зарядом ) равным двум,и

массой ,

равной

чет ы р ё м .

oL

- ч а о т и ц а

сильно

ионизирует

в с т р е ч а ­

вшиеся на пути атомы, молекулы, превращая их в ионы, при

этом сама

присоединяет

д в а

э л е к т р о н а и превращается

в

атом

г е л и я :

4

_

4

oL

•

чаотицы

движутся с о

скоростью

I50O0-30O00

к м / с е к . , но

а л а н а п р о б е г а

мала - от 3 до

I I о н .

В и и

бы

у

d

-

частицы

не было бы препятствий на

п у т л ,

то

она

за

2 с е к . м о г л а

бы

' о б л е т е т ь

земной шар .

oi

-

ч а с т и ц а

поглощается

многими

металлами,

например,

п л а с т и ­

на алюминия толщиной 0 , 1

мм задерживает

сА -

частицы .

Ы, - чаотицы, испускаемые различными радиоактивными

э л е м е н ­

тами, имеют вполне определённую . корость

и

вполне

о п р е д е л ё н ­

ную длину

п р о б е г а

в

к а к о й - т о определённой

с р е д е .

По длине

пробега

рС -

частиц в

дайной с р е д е

( н а п р и м е р , в

в о з д у х е )

можно

о д н о а а а ч н о \ о п р е д е л и т ь

энергию

и э л е м е н т , который

их

и з л у ч а л .

Подсчитано,

что

один грамм

радия

и з л у ч а е т в

секунду

3,7

• 10^%1 -

частиц

( э т о

число

получило

н а з в а н и е

Кюри).

При

этом

выделяется

за один

час

137

х а л .

_ Ji - лучи значительно отклоняются к положительно

заряжен -

вому

полету -

предотавляют

поток отрицательных

ч а с т и ц - э л е к т р о -

в о в .

Насколько

Jf

-

излучение

о б л а д а е т

проникающей

с п о с о б ­

ность»^ можно

судить

на

основания

следующих

примеров:

а)

при

р а б о т е р е а к т о р а

( i

1^)

т р е б у е т с я

IOOOOO т

бетона

ддя

защити

от

J

-

и з л у ч е н и я ;

б )

железо,

толщиной

30

см

н е

защищает

от

Jj -

и з л у ч е н и я .

Исследования Резерфорда , Содди н

других

п о к а з а л и ,

что радиоактивно е излучение -

г т о

процесс

самопроизвольного

распада некоторых

тяжёлых

а т о и о в , приводящий

к

превращению

одного

элемента

в

д р у г о й .

и д а л е е ,

явление

р а д и о ­

активности

т а и в

п о к а з а л о ,

что

из атома

может

п р о ­

исходить

излучение

к а к

полоыительннх,

так

а

о т р и ­

цательных

чаогаЦс

Лйким

о б р а з о м ,

открытие

катодных

л у ч е й ,

терно

-

в ф о т о -

г л е з т р н ч а с х о г о

эффектов,

лучей

р е н т г е н а ,

явления

р а д в о а к т и в -

а о с т и

ж д р ,

у к а з ы в а л о ,

ч т с а т о м

имеет

е л о а н о е

о т р о е н и е ,

жроыз

того,

атои

с о с т о и т

из

положительно

и

отрицательно

з а р я ­

женных

ч а о т я ц .

Но,

т а к

к а к

а т о и

в целой

з л е к т р о к е й т р а л е н ,

т о .

Заряды

должны

быть

равны,

но

с

различными

з н а к а * .

.Поэтому

е с т е с т в е н н о

в с т а л

вопрос

о

модели

атома,

5

г.,

РАННИЕ над ЕЛИ АТОМА

*•

Модель

Дж.Лж.

Тоисона

( 1903

г . )

Автор

п р е д л а г а е т

модель

а т о м а ,

исходя

и з

т о г о ,

ч\\> о т д е л ь ­

н а

атом

прэдотавлнет

собой сферическое

о б л а к о ,

состоящее

и з

Сол оя г тельных

з а р я д о в ,

в

которое

вкраплены

отриц&тельно

з а р я -

г е е ш в

влектрояы ( э т у

модель

иногда

называют

мое

•льв"!тудинг

« «замой") [I2-.2,

-

15

-

При

определённом

р а с п р е д е л е н и я

э л е к т р о н о в

с и с т е м а

может

быть

механически, у с т о й ч и в а .

Юмсон

п о л а г а л ,

ч т о электроны

в атоме р а с п о л а г а ю т с я 1

сл-оями.,

я

ч т о химические

с в о й с т в а

э л е ­

мента

определяются - вяеппшм'олоем

э л е к т р о н о в .

Внешние

э л е к т р о ­

ны

в

некоторнх

с л у я з я х

могут

л е г к о

о т д е л я т ь с я

от а т о м а ,

чем

объяснялась

электропроводность

р я д а

в е щ е с т в ,

эмиссия

катодных

л у ч е й , фотоэлектронов

ж-

J5 -

ч а с т и ц .

Движение

э л е к т р о н о в

в н у ­

три

т а к о г о о б л а к а

• згло

включить

к о л е б а н и я ,

ч а о т о ш

которых

с о о т в е т с т в о в а л и

ч а с т о т а м

и с п у с к а е м о г о

и

поглощаемого

с в е т а

[ V .

12 ] .

Но

данная

модель

атома

не

п о з в о л я л а

с д е л а т ь предсказания

р я д а с в о й с т в

а т о м о в ,

которые

ион но

было

бы

проверить

э к с п е р и »

м е н т а л ь н о . Даннаячмодель

в п о с л е д с т в и и

не была

п р и з н а н н о й . .

2 . Планетарная модель атома

р е з е р ф о р д а .

Первую

экспериментальную

обоснованную

модель

атома

д а л

в 1 9 Ц

году

английский

учёный

Резерфорд

(1871-1937

г г . )

[ l l , l 2 ]

. В

своих

и с с л е д о в а н и я х

Резерфорд

в о с п о л ь з о в а л с я

опытами

Б р э г а ,

{ ф у к с а ,

Г е й т е д я ,

Г е й г е р а

и Ш р с д е н а .

Иссле~

д у я

способность

п р о х о ж д е н и я а С -

частиц

ч е р е з

тонкие

п л а с т и н -

кп

( ф о л ь г у )

металлов^

Резерфорд

о т м е т и л ,

что

и з

300O-I0000

с<

- ч а с т и ц

о д н а - ч а с т и ц а ка к

бы

возвращается

о б р а т н о , з н а ­

ч и т е л ь н а я

ч а с т ь

их

испытывает

о т к л о н е н и е , на

небольшой

угол

( 2 - 3 ° )

и

основная

м а с с а

частиц

проходит

с л о в н о

ч е р е з

п у с т о *

т у ( р н с .

2 ; ) .

Наиболее

наглядно

движение

d

« частиц

можно

наблюдать

в

камере

Вильсона*

Р и с . 2 .

Схема

опыта

Резерфорда

по

пропусканию

а л ь ф а -

чаотиц

ч е р е з

очень

тонкие

металлические

п л а с ­

тинка.

Подавляющее

большинство оС - ч а с т и ц имеет прямолинейные

траектории

и

лишь

н е з н а ч и т е л ь н а я

д о л я

этих

ч а с т и ц п р е т е р п е ­

в а е т отклонения

от

прямолинейного

п у т и .

Изменения

в н а п р а в -

. лапин

движения

cl

-

чаотиц

вызываются

не

столкновениями

с

электронами

еб

( т . к . м а с с а

э л е к т р о н а

почти

в 7500

р а з

м е н ь ­

ше массы

U

- частицы

и

поэтому с к о р е е

э л е к т р о н

изменит

на»

правление

о в о е г о

д в и ж е н и я ) ,

а ,

о ч е в и д н о ,

взаимодействием

её

о положительно

заряженными

частями а т о м о в ,

масса

которых

того

же

п о р я д к а ,

ч т о

и

м а с с а oL -

ч а с т и ц .

Т о - е с т ь

для

т о г о ,

чтобы

Ы. -

чаотица

могла

получить

наибольшее отклонение

от

о в о е г о д в и ж е н и я ,

она

должна

в с т р е т и т ь с я

о

ч а с т и ц е й ,

которая

обладала

Си

н е

только

большим

зарядом

( п о л о ж и т е л ь н ы м ) г

но

и

- болькев

м а с с о й .