nekrasovI (1114433), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Известно было, что при определенных условиях молекула, например, поваренной соли способна распадаться на натрий и хлор таким образом, что первый оказывается заряженным положительно, а второй до ближайшего целого числа масса атома в единицах атомных весов. Например, ядро атома фтора (Е = 9, А = 19) состоит из 9 протонов и 1О нейтронов. У большинства химических элементов ядра отдельных атомов при постоянном числе протонов (л) могут несколько различаться числом нейтронов (А — л). Например, ядра атомов углерода всегда содержат 6 протонов, но нейтронов могут содержать либо 6, либо 7.
Поэтому в й д Атомные модели отрицательно. Исследование этих частиц показывает, что заряд каждой из них численно равен заряду электрона. Происхождение обоих зарядов естественнее всего объяснить переходом одного электрона с атома натрия на атом хлора. Но в поваренной соли и натрий, и хлор одновалентны — из этого следует, что одна единица валентности отвечает одному переданному электрону.
Тогда в случае, например, двухвалентного кальция можно ожидать перехода двух электронов. Действительно, опыт показывает, что получающаяся в тех же условиях частица кальция имеет два положительных заряда. Точно так же и в других случаях валентность элементов совпадает с числом передаваемых злектробов. Такими легче всего передаваемыми — в ален т ными — могут быть только электроны, наиболее удаленные от положительно заряженного ядра атома. Наконец, большую роль играли соображения, связанные со свойствами инертных газов: то обстоятельство„что элементы этой группы ие вступали в химические реакции, указывало на особую устойчивость электронных структур их атомов, Построение простейшей модели атома водорода не представляет трудностей: электрон вращается в этом атоме вокруг протона.
Для следующего элемента — гелия — возможны уже две различные модели (рис. (!1-!7): два его электрона могут вращаться по орбитам„расположенным либо на различных расстояниях от ядра (А), либо на одинаковом (Б), что схематически обозначено помещением их на одну окружность. Выбор между ними может быть произведен на основании химических свойств гелия. Если бы верна была модель А, то внешний электрон был бы связан в гелии не прочнее, чем в водороде. В соответствии с этим гелий должен был бы походить по свойствам на водород. Между тем он химически инертен.
Это говорит за то, что оба его электрона находятся в одинаковых условиях и оба весьма прочно связаны с ядром, что и заставляет остановиться на модели Б. д о Г Рис. П1-1В Возможные модели атома литня. Рнс. !11-17. Возможные модели атома гелия. Следующий элемент — литий — имеет уже три электрона.
Для него мыслимы четыре различные модели, показанные на рис. П1-!8. Литий представляет собой металл, по химическим свойствам похожий на натрий и во всех своих соединениях одновалентный. Очевидно, что этому лучше всего соответствует модель Г. Принципиально важно то обстоятельство, что в ней сохраняется устойчивая конфигурация гелия из двух электронов в п е р в о м слое около ядра.
Элемент с атомным номером 4 — бериллий — всегда двухвалентен. Это показывает, что валентными являются в нем только два электрона, причем оба они находятся в одинаковых условиях. Очевидно, что и в берпллии сохраняется устойчивая гелийная двойка, а два остальных электрона располагаются в следующем слое. Элемент № 5 — бор — трехвалентен.
Его модель, следовательно, строится аналогично модели бериллия, с той лишь разницей, что во втором от ядра слое содержится уже три электрона. Элемент № 6 уб !П. Основные представления о внутреннем строении вещества углерод — четырехвалентен и расположение его электронов будет: 2 в первом слое и 4 во втором. Общая тенденция развития атомных структур уже видна: при сохранении гелийной двойки в 'первом слое постепенно заполняется электронами второй.
Это заполнение второго слоя будет, очевидно, продолжаться до тех пор, пока не достигнется число электронов, соответствующее его максимальной устойчивости. Но тогда должен получиться атом инертного газа. Рассматривая элементы, следующие в системе за углеродом, находим, что азот (2 и 5), кислород (2 и 6) и фтор (2 и 7) являются химически активными. Лишь элемент № 10 — неон — со структурой 2 и 8 оказывается аналогом гелия— инертным газом.
Отсюда можно сделать вывод, что второ й электронный слой становится устойчивым при В электронах. Продолжая рассмотрение, находим, что элемент № !1 — натрий— одновалентен, магний — двухвалентен и т. д. Так как второй электронный слой заполнен уже в неоне, валентные электроны этих элементов будут располагаться в т р е т ь е м слое. Электронные модели для элементов от неона до аргона приведены на рис. П1-19. © © Я)~) (ц) (ф~ ~~ф ~~~ф © ~~~~~)) мв кв Мй Д! ВЧ с! Аг Рнс.
П1-19. Электронные модели атомов. Ввиду того что пользование моделями атомон для выражения струк тур химических соединений затруднительно (с чисто графической стороны), обычно применяется упрощенный способ их изображения, при котором указывается только число электронов во внешнем слое: з)ч(ез й)а Ма А! 51 Р Б г .С! а тАгз Свободные электронные пары иногда обозначают черточками. Напригпе(х атомы серы н хлора в таком изображении имеют вид: Ь) и -С().
Само собой разумеется, что приведенные модели атомов отображают их строение лишь весьма схематично. Однако именно эта первая ступень познания структуры атома — распределение электронов по слоям — имеет основное значение для понимания химических свойств и процессов. Дополнения 1) Соответствуюпгее отдельным областям электромагнитного спектра нзчученне разлнчно поглощается земной атмосферой (рнс.
1П.20). Весьма важно существование соква» для сантиметровых н метровых радиоволн. Оно прежде всего позволяет принимать отражение посылаеных с Земли радноволн от различных небесных тел. Таким путем может быть, например, с недоступной ранее точностью определено расстояние дч Луны (в среднем 384 тыс хм). Вместе с тем перед р а д ноас т р оно м н е й открывается возможность регнстрапнн собственного раднонзлученкя, ндушего нз различных частей Вселенвой. 2) Наиболее надежные результаты получаются прн использовании жестких рент- /'1 геновскнх лучей. Прнменнтельно к ннм уравненнеМозлн имеет внл 1кг — а(2 — 1), где Х вЂ” длина волны, л — порядковый комер элемента в перноднческой системе я б 4. Теория аодородноео атома а — константе.
Нензменность зтоа константы прн переходе от одннх элементов к другам н доказывает правнльность найденного соотпошення, 8) Прнведенныа в основном тексте вывод, вскрывающяа физический смысл порядкового номера. имел настолько прннцнпвальвое значенне, что представлялось епаане желательным получать для него прямое экспернментальное подтвержденве. Гззллпя д)зми~юсяммттм 4)за8щдгчдйплм ляллця(рм(я4 <ав <(7 7 д) )3)7 7647 ~ л) 7 га ля) Рас. и !.Ю. Взздмадсастелс рззллчлмх волн с зтмос4мреа.
С этой целью на основе усовершенствованной методнкн было тщательно язучено расгснеаяне оьчастяц тонкнмн лнсточкамн меди, серебра н платаны (Чэдвнк, !920 г.). Результаты отдельных опытов даля следуюшяе зпечення положательных зарядов ядер (а еднянцах заряде электрона)( Се - Ю.з) 3).0; злэ.е; 27.6; зэке 29,6; 30,0; 26Л) ' ЗОВ; 29.6 - в среднем 29,3 Ая -46.0; 4),0; 44,0; 469; 46,6; 49,( — з среднем 46,3 Р<-606; 79 4; 796: 76.0; 7),); 76 6) 77,0; 76.6( 76 3( 76.6( 76Л вЂ” з сРеднем 77 4 Порядковые номера нзучавшнхся элементов равны соответственно 28, 47 н 78.
Такам образом, результаты прямого определенна с несомненностью подтверждают правнльность рассматряеаемого вывода. 4) В качестве прнмера анже пряводятся данные по язотопному составу для нвертных газов: массовые чвсла отдельных стабнльнмх язотопов н (в скобках) процентное нх содержанке в прнродноа смеся. Гслла <г И: Л З( (О-'). 4 < )ОО) Неся (Л Ю): Л 3) (90.92), 2) (0,26), 22 (Одз) АРгон (3 (6) с А 36 (0,34). 23 (0.06), 40 (99.9)) Крллтлв (Х 36) с Л 73 (ОДО). 60(227), 62 0) 66).
63 П(зн), 34 (Мзп). 6607 37) ксевов (г 64) с л )24(о(п), (26(оое), )за паз), <29(2644), )зо(зоа), <з((2«,з) )32 <зелэ), (м по ы). )за (злг) 6) Радон (Е = 88) не ямеет стебнльных, т. е. не нспытываюшнх радноактнанога распада, изотопов. Нанболее устоачявы его атомы с массовым чнслом 222, среднее время жнзнн которых составляет 5,5 суток. Аналогячные радону-222 естественные рв. дяоактввные нзотопы сравяятельно нсмногочнслепны, но нскусственное нх получсняе возможно для всех элементов.
Прямерамн могут служить атомы пС н '<С, средняа продолжительность жнзнн которых составляет соответственно 30 мин я 8,5 тыс. лет. Подобные радиоактивные язотопы (лрадноязотопыз) находят шнрокое нспользованне прн рвзлнчных научных ясследовввнях н в техннке. $4. Теория водородного атома. Хотя вопрос о структуре простейшего атома — атома водорода — и казался разрешенным предложенной 'в 1911 г. планетарной моделью, од)<ако в самой этой модели таились внутренние противоречия. Действительно, по представлениям классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать энергию в виде электромагнитных волн. Отсюда вытекают два важных следствия.
1. Из-за постоянного излучения энергии радиус орбиты электрона должен последовательно уменьшаться; в конце концов электрон дол- жен упасть на ядро, что привело бы к уничтожению атома, «вк такового. 78 11Х Основные нредставленш о внутреннем строении вещества 2. Вследствие п о с т е п е н н о г о изменения скорости вращения электрона электромагнитное излучение атома должно состоять нз непрерывного ряда лучей различных длин волн. Иначе говоря, спектр водорода должен быть с пл о ш н ы м, т. е. содержать линни, соответствующие в с е в о з и о ж н ы м длинам волн. Нн то, нн другое следствие не оправдывается: самоуничтожения атомов водорода не происходит, а видимый спектр этого элемента состоит нз ряда отдельных линий„соответствующих некоторым определеннымы м длинам волн, как это видно нз рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
