К
Создание периодической системы элементов
1869 году было известно 63 химических элемента. На повестку дня вставал вопрос об их классификации. Этот год ознаменовался созданием периодической системы. Это осуществил русский ученый-химик Менделеев, который обратил внимание, что элементы, расположенные в порядке возрастания атомных весов, проявляют периодичность химических свойств. Расположив элементы в таблицу таким образом, чтобы элементы со сходными химическими свойствами составляли столбцы, он и пришел к своей периодической системе. 17 февраля 1869 года Менделеев разослал некоторым коллегам – химикам краткое сообщение под названием «Опыт системы элементов».Однако не все клетки в таблице Менделеева оказались заполнены известными в то время элементами. Будучи уверенным в справедливости предложенной им системы, Менделеев сделал вывод о существовании неоткрытых пока элементов: «Должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел, например, сходных с Al и Si элементов». Продолжая совершенствовать свою систему, Менделеев указал недостающие в таблице элементы, которым он присвоил условные названия: экабор, экаалюминий и экасилиций. «Экабор», 21-ый элемент периодической системы, был открыт в 1879 году шведским химиком Нильсеном и получил название «скандий». «Экаалюминий», 31-ый элемент, был открыт в 1875 году французским химиком Лекоком де Буабодраном и назван «галлием». Наконец, 32-ой элемент «экасилиций» был открыт в 1886 году немецким химиком Винклером под названием «германий».
Разработка богатейшего содержания периодической системы заняла многие годы. Было открыто свыше сорока новых элементов, и все они оказались органично включенными в систему Менделеева. Глубинный же смысл периодической системы был окончательно раскрыт в XX веке после создания квантовой механики.
П
Спектральные серии атома водорода
очти до самого конца ХIХ века физики считали, что наблюдаемые спектроскопистами спектральные серии линий поглощения или испускания в спектрах различных газов не отражают физической структуры атома и являются лишь причудливой игрой природы. В 1885 году Иоганн Бальмер установил,
что длины волн четырех наиболее
интенсивных линий, лежащих в оптической
области спектра водорода и обозначаемых
символами
,
могут быть точно описаны эмпирической
формулой
,
(15.1)
где n = 3, 4, 5, 6, а В – эмпирическая константа, равная 3645,610-8 см. Позже Иоганн Ридберг переписал формулу Бальмера в виде:
,
(15.2)
где R 109678 см1 – постоянная Ридберга.
Впоследствии было показано, что все известные серии атомарного водорода можно описать одной общей формулой:
,
(15.3)
где m – целое число, определяющее данную серию, а n принимает значения m + 1, m + 2, m + 3 и т.д. Наконец, Ридберг и Ритц, обобщая результаты исследований спектров, пришли к выводу, что волновые числа любых линий в спектрах атомов различных элементов могут быть представлены формулой:
.
(15.4)
Величины T(n) получили название спектральных термов. Таким образом, любому сочетанию двух термов T(m) и T(n) соответствует определенная линия в спектре. Это положение получило название комбинационного принципа Ритца.
Однако и комбинационный принцип Ритца и обобщенная формула Бальмера (15.3) оставались лишь эмпирическими соотношениями. Для их обоснования требовалось построить новую теорию – теорию строения атома.
П
Открытие рентгеновских лучей
осле открытия в 1859 году Плюккером катодных лучей во многих физических лабораториях мира проводились работы по их изучению. Подобными экспериментами занимался в конце 1895 года и немецкий физик-экспериментатор Рентген. Однажды, окончив опыт, он закрыл трубку Крукса футляром из черного картона и выключил освещение, забыв отключить питание трубки. Тут же он заметил свечение находящегося вблизи трубки экрана, покрытого флюоресцирующим веществом. Заинтересованный этим явлением, Рентген начал экспериментировать с экраном. В своем первом сообщении «О новом роде лучей» (28 декабря 1895 года) он описывал, как экран, покрытый с одной стороны флюоресцирующим составом, «при приближении к трубке, закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из тонкого черного картона, при каждом разряде вспыхивает ярким светом: начинает флюоресцировать». Рентген пришел к выводу, что «черный картон, непрозрачный ни для видимых и ультрафиолетовых лучей Солнца, ни для лучей электрической дуги, пронизывается каким-то агентом, вызывающим энергичную флюоресценцию». Открытому излучению Рентген присвоил краткое название «Х-лучи». Он обнаружил, что эти лучи практически без ослабления проходят через бумагу, дерево, эбонит, тонкие слои металла, но сильно задерживаются свинцом. В этом же сообщении Рентген описывал, что «если держать между разрядной трубкой и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях тени самой руки». Это было первое описание рентгеноскопического исследования человеческого тела.Уже в первых опытах Рентген установил, что Х-лучи возбуждаются катодными лучами в стеклянных стенках разрядной трубки, не несут электрического заряда и не отклоняются магнитным полем. Он также показал, что Х-лучи возбуждаются при торможении катодных лучей не только в стекле, но и в металле.
Рентген отмечал, что по своим химическим и люминесцентным действиям они сходны с ультрафиолетовыми лучами. Поэтому он высказал предположение, что Х-лучи могут быть продольными волнами в эфире. Однако ему не удалось обнаружить волновые свойства Х-лучей. Все попытки обнаружить их волновые свойства, например, наблюдать их дифракцию, были безуспешными до тех пор, пока немецкий физик Макс фон Лауэ не высказал идею использовать кристаллы как дифракционные решетки для рентгеновских лучей. В 1912 году эта идея получила экспериментальное воплощение в опытах Фридриха и Книппинга.
В 1901 году Рентгену за открытие Х-лучей была присуждена первая в истории физики Нобелевская премия.