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

малы

по размеру,

но

обладают

о оль я ой

массой и только

она

могут

вызвать

отклонение

в движении

d

~

частицы.

Было замечено, что величина излома

в движении

oL -

части ­

цы зависит от атомной массы элемента

(

металла

) ,

а

живи но,

чем больше атомная масса металла, тем больше величина

излома

при движении

Ы. -

частицы.

В результате своих экспериментальных работ Резерфода

предложил так

называемую

планетарную

(

нуклеарчую

)

модель

атома, подобную солнечной

системе: Солнце,

вокруг Солнца в р а ­

щаются девять

планет.

Масса

в с е х

планет

равна

1/750

массы

Солнца,

Планеты расположены

на огромных

расстояниях

от

Солнца.

-Меркурий, ближайшая к Солнцу планета,находится

на

расстоянии

58 млн. км.

.

Атом. В центре атома находится положительно

заряженное

ядро, в котором сосредоточена почти

вся'масса

агома;

вокруг ядра по круговым орбитам вращают:;я электроны, сумма

зарядов которых

равна

заряду

ядра

(

рис. 3 ) .

Положительно

заряженные

Ы -

частицы

отталкиваются

положи­

тельно

заряженными

ядрами, когда они В Исключительно редких

случаях

проходят в

непосредственной

близости' от последних

( рис.

2 ) .

Объём

ядра меньше объёма

всего

атома Примерно в ДО*-' ра

Плотность

ядерного

вещества

равна

10^** г / с м ^ .

отввтой «тема .

,

, , фазнчесжие

и химические

свойства

* большие тва

обычных элементом всецело

зависят

от

заряда яд»

р», ибо всоледнай определяет число а

; непределен не внешних

злвктровоз,

от

которых

главным образом должны

з в я с е т ь

хамвческве а

фазячеохае

свойс тва M | l l J .

Учена жом Резерфорд а

Зедвихом (1923

году) на основании

экспериментальных данных по рассеянию

оС

часта., (при

доказано,

что го ловитель ;ий заряд

ядра в

пределах э к п е р в -

мен'^львых

ошибок рав i величине

2 е ( г д е

£

- атошый

номер элемента, определяющий его положение в

периодической

таблице Д.И.Менделеева).

Например,

д л я

меди, серебра и

платины

были

определены

заряды

ядер ( т а б л и ц а

i )

а т о м о в ,

которые

близки

к их

п о р я д ­

ковому

номеру:

Таблица

I

Вычисленный

заряд

ядра

а т о м а ,

Ч

если

заряд

ё. -

I

Си

29

29,3

#J

ч7

ч б . З

ft

78

77..'<t

"

Таким образом,порядковый номер э л е м е н т а в

периодической

системе приобрел

физический смысл;

ои

находится в

тесной

с в я з и

с о отроением

атома

и

выражает величину

з а р я д а

а т о м а ,

если

з а ­

ряд

э л е к т р о н а

привя*

з а . единицу,

а

с л е д о в а т е л ь н о , и

число

э л е к т р о н о в в

а т о м е ,

которое также

равно

заряду

я д р а

атома

u i

порядковому

номеру

элемента,-

Р а з в и т и е

физики,

химии

подтвердило

п р а в и л ь н с з т ь

основных

представлений

Рёзерфорда,

но при дальнейшем

изучении

с в о й с т в

обнаружился

ряд

ф а к т о в ,

н е

объяснимых

е г о т е о р и е й .

3. Недостатки теории Резерфррда

itoдель резерфорда

названа ядерной

или

нуклоорной,

о т о л о ­

в а

flltcCeUS-

я д р о .

По

Резерфорду,

электроны

должны

в р а -

цаться

вокруг

ядра

подобно

планетам вокруг С о л н ц а .

Но

о т л и ­

чие

движения

электрона

в атоме от солнечной системы

'заключа­

ется

в

том ,

что

он

представляет

собой

заряженную

ч а о т и ц у ,

к о ­

т о р а я , д в и г а я с ь

с

ускорением ( с о г л а с н о

законам

классической

электродинамики),

должна

и з л у ч а т ь п г к т р т п и п и т н м п

г « с .

п\-бпн

движение э л е к т р о н а

должно

сопровождаться

убылью

э н е р г и я ,

а

отсюда

с л е д у е т :

1.

И з - з а п о с т о я н н о г о

излучения

энергии

с к о р о с т ь вращения

э л е к т р о н а

должна

в с е

вреия

уменьшаться,

орбита

вращения

э л е к ­

трона

превращаться

в

спираль

и з а к о н ч и т с я

падением

на

я д р о .

Всё э т о

должно

привести

к

тому,

ч т о

э л е к т р о н ,

т з р я я

энергию,

у п а д ё т

на

ядро

а т о м а ,

т . е .

атом

должен

быть

неустойчивым

и

разрушение

атома

должно

произойти

в

доли

секунды .

2 .

Излучение

энергии

электроном

по мере его

приближения

к ядру

должно

непрерывно

изменять

свою

ч а с т о т у , с л е д о в а т е л ь ­

н о , с п е к т р

излучения

должен

с о с т о я т ь

из

непрерывного

ряда

различных волн» т . е .

быть

сплошным.

Но

факт

противоречит

этим

выводам [ ~ D ] .

Атом

устойчив

и

не

с а м о у н и ч т о а а е т с я ,

а

порождаемый

им

оптический

с п е к т р излучения

имеет

линейчатую

с т р у к т у р у ,

п р и ­

чём д л я

к а д а - . о

атома

элемента линии

в

с п е к т р е

атома

с о о т в е т ­

ствуют

определённым

длинам

в о л я , характерным

д л я

д а н н о г о

химв

чес кого

э л е м е н т а ,

Поэтому

о с т а в а л о с ь

предположить,

что

обычные

законы

м е х а ­

ники и электродинамики х внутренним процессам в атоме не.

применимы, И уподобление атома планетной с и с т е м е

не

вскрыло

ещё в с е г о

с в о е о б р а з и я

а т о м а .

С л е д о в а т е л ь н о ,

перед

наукой

в с т а л а

з а д а ч а

о

с о з д а ­

нии

терии

с т р о е н и я

а т о м а ,

к о т о р а я

у с т р а н я л а

бы

у к а з а н ­

ные

п р о т и в о р е ч и я .

-

21

-

5

3.

СПЕКТР АТОМА ВОДОРОДА

К ДРУГИХ

АТОМОВ

ЭЛЕМЕНТОВ

Г 7 . 8 ,

13

Спектр

ц о в е т

быть

сплошным

( е г о

испускают

твёрдые р а с к а л ё н »

ные

т е л а ) ,

полосатым

( е г о

испускают

молекулы)

и

линейчаэыи

( е г о испускают

атомы)*

Для

получения л и н е й ч а т о г о с п е к т р а

а т е м е н т а ,

последний

п е р е -

з о д я т

в

атомарное

с о с т о я н и е :

а"1 в ппаня вносят соль металла»

п о с л е д н я я р а з л а г а е т с я ,

о к ­

рашивая

пламя

в

характерный для д а н н о г о

э л е м е н т а

ц в е т .

Например,

калий

окрашивает

пламя

в

к р а с н о - к и р п и ч н ы й

ц в е т ,

натрий

- " -

- " -

жёлтый,

стронций

- " -

кирпич но—красный,

литий

- " -

к а р ш Н о в о - к р а с н ы й ,

барий'

- " -

зелёный ;

б) линейчатые спектры газообразных веществ можно получать

лишь

п о с л е

т о г о , к о г д а

п о с л е д н и е , - т . е .

молекулы,

г а з а

Аг

,

Hg,

Og, ДЕсооцяированы

на

а т о ш .

Атомарное состояни е модно получить

при

пропускании

э л з к т р я ч е с -

кого

р а з р я д а

ч е р е з

труСки, наполненные

р э з р я л и ш ш и

газо ы ИЛИ

парами

вещества

(

Hij.

,

l i ^

*

'VQ

И $.'••*),

при этом одно *

атомный

г а з и с п у с к а е т

свет.,

. И с с л е д о в а н и е л н е т ь . в е г . у с д а е у о г о

аюыб*<

помощью

щзнэмен-

иого

en а к т р о м ш р а

ил it

oai»KTP'»rp»f-a

о- д.ч •[.>::; .^ци они ой

ракеткой,

п о к а з а л о ,

. ч ю

образую 1гя

£ ср«и ярких

жиам* о

о я р е ж а б н н н м к

длинами

ЕС-ян,

.1 л-- ' j . i ij е O K J - W J C J .

>щ-ц.1-г:'

;»,..:

л.-..'

к&*дпгс

даян.-го

3К;;Н.'":

'«•'

С п е к тр атома

з с т о р р д а

,

(Г

женным

давлением в

с т е к л я н н о й т р у б -

Водород

находится

под

пони

Z Z 3

к е ,

снабжённой

э л е к т р о д а м и .

Через

трубку

п р о п у с к а е т с я

электрический

ток

высокого

напряжения

( р и с . 4 ) .

Р и с . 4 .

Трубка

Пявккера .

Свечение

в о д оро д а

н а и б о л е е

я р к о е

наблюдается в

у з к о й

ч а с т я

т р у б к и .

При

помощи

с п е к т р о с к о п а ,

овабжённого

кварцевой

п р и з -

1-пЙ или дифракционной

решёткой, излучение в о д о р о д а

р а з д е л я л о о ь

и а н а л и з и р о в а л о с ь »

Полученный с п е к т р

а т о м а

в о д о р о д а

в видимой

о б л а с т и

о к а з а л с я

линейчатым .

Каждой

лиииа

с о о т в е т с т в у е т

юлебанив"

определённой

ч а с т о т ы ,

а с л е д о в а т е л ь н о - ,

и

о г о т о в а я

волна

определённой

длины*

Обобщение

данных

о

ч а с т о т а х

линий

в о д о р о д а

могут

быть

п р е д ­

ставлены

к а к

р а з н о с т и

д в у х

определенных

ч и с е л , ч т о

выражено

в

матеыатичее ком у р а в н е н и и ,

сформулированном

Еальмером

ещё

в

1885 г о д у :

ч

•'

г д е

flf

и

Пг

-

п р о с т ы е , целые ч и с л а ,

причём п,*-Пк

3 , 2 9 7 - Ю ^ с е к " 1

-

постоянная Р и д б е р г а (

Ии ) .

очень сильный красный свет

совершенно

ив д е й с т в у й на фото-

пластинку, тогда как

даже слабый синий

вызывает вуаль.

Необъяснимые волновой теорией фотохимические процессы

легко объяснялись с

позиций

корпускул.ярной теории

о м т а ,

развитой между 1900

и 1913

г г. в теории квантов

работа­

ми

U.Планка

и Л.Эйнштейна.

Немецкий

физик U. планк (IB58-1947 г. г . ), изучая распределе­

ние

энергии

в спектре лучеиспускания абсолютно чёрного

тела,

привёл к

заключению, что всякое

излучение и поглощение

с в е -

товой энергии происходит не непрерывным потоком, а опреде­

лёнными

малыми п о р ц и я м ,

имеющими определённое

значение для

каждого

вида

излучения -

квантами

энергии

( эти

порции

анер­

гии получили пазваняе квант саетаСили квант энергия) .

ЧЗастица света, обладающая этой порцией энергии, называется

фотоном.

Планк установил, что энергия кванта ( Е ) прямо пропорцио­

нальна частоте излучения

( $ ) .

£ к hi

эрг (или

£м)>

где

,

\) -

частота излучения

( с е к - 1

) ( т . е . число

воли в

секунду),

определяемая

соотношением

о

С

- I

у -

^—

• сек }

в котор ом

С - скорость

света

V ^

вакууме,

то

см/сеж

в

равная 2,997925'ДО 1

Такви

образом8 эвергия

с в е т а монет

меняться

на

величины,, крат-

ние

h$

, подобно

тому,

как электрический

заряд

может

меняться

яяшь

на

в м и ч г а у ,

кратную

заряду

электрона.

Уравнение Планка выражает один из важнейших законов природы.

Цисюянвая Планка,так ке

как с к о р о с т ь с в е т а

и

заряд

электрона

относится к числу фундаментальных констант, которые не могут

оить выражены через какие-либо другое более элементарные

пара­

метры.

Энергия кванта зависят от частоты излучения

или длины

волны,

чем больше частота

излучения, тем

короче длина

волны,

тем

боль­

ше энергия фотона и наоборот.

Так^апример . энергия квантов, испускаешх источником моно­

хроматического с в е т а , соответственно

для длин

волн (красной)

Д - 0,76-1СГб м и (фиолетовой) Д -

0 , 4 0 - I 0 ~ 6 M . рассчитанная

по

формуле £=^р->равна соответственно:

2 6 - 1 0 ~ 2 0 д ж и

49 1 0 " 2 С д ж .

Из примера следует, что фиолетовые лучи

обладает большим

за ­

фракрасные лучи, причём энергия излучается и погющается

т а н ­

тала.

Это положение Планка легло в основу квантовой механики.

Кванто­

ческяй

эффект

объясняется тем,

что

фотон, падая

на металл, выби­

вает

из

него

электрон,

И. осоиенно

квантовый

механизм проявля­

ется

во

взаимодействии

свет а с

атомом или молекулой.