О.Н. Зефирова - Краткий курс истории и методологии химии (1118122), страница 20
Текст из файла (страница 20)
иври пропускании одною и того жс колнчсстаа электричестаа через растаоры различных химических соелинений количества разлагаеммх аецгеста пропорциональны их экаиаалентным массам», ' Отметим, что я физике открытие аещсста, испускакнцих лучи, аьпаало серьезные дискуссии о спрааеллиаости оснонною закона естествознания — закона сохранения энергии. 9.2. Станотение квантово-лииической теории пению в физике первых моделей атома как сложной структурированной системы и первых попыток выявления на основе этих моделей физического содержания понятий волентность, структура, химическая связь. Одной нз первых моделей атома была модель ДжДж. Томсона, в которой атом содержал большое число электронов и некий центр, компенсирующий отрицательный заряд.
В 1903 г. В. Томсон (Кельвин) высказал идею о равномерном сферическом распределении положительного электричества н определенного числа электронов в атоме. В !904 г. ДжДж. Томсон, базируясь на идее Кельвина, предложил модель атома, в которой находящиеся внутри сферы электроны размещались иа концентрически расположенных вокруг атомного «центра» кольцах. С помощью этой модели Дж.Дж. Томсон сделал чисто умозрительную попытку связать периодичность изменения свойств элементов с числом находящихся в них электронов н подошел к идее о том, что способность колец приобретать или отдавать электроны должна коррелироваться с численным значением валентности некоторых элементов. Попытки обьяснить химические явления с позиций электронной теории были сделаны в трудах и других ученых. Например.
немецкий химик и физик Р. Абегг в 1904 г. высказал идею о том. что химические реакции основаны на взаимодеиствин между электронами, и, соответственно, валентность элементов определяется электронным строением их атомов. В трудах Абегга и др. была отмечена устойчивость электронной структуры инертных газов (атомы которых не проявляли тенденции к увеличению или уменьшению числа электронов) и введено такое понятие, как полозкительная (отрицательная) валентности, под которой понималась способность отдавать или присоединять определенное число отрицательно заряженных элекгронов. В 191 ! г.
Э. Резерфорд предложил ядерную (илн планетарную) модель атома. Согласно этой модели почти вся масса атома была сосредоточена в ядре, небольшом по размеру сравнительно со слоем электронов. Представление о положительно заряженных частицах ядра утвердилось позже (до этого довольно долго признавали существование некоторого количества т)ерньи электронов, которые считались частью атомной структуры). В 1920 г. Резерфорд назвал положительно заряженные частицы ядра протонами (нх масса считалась примерно равной массе атома водорода). Следует подчеркнуть, что факты, на которых строилась модель Резерфорда, принадлежали, главным образом, к области радиоактивных явлений.
Но необычность этих явлений позволяла допустить отличие строения радиоактивных атомов от обычных. Поэтому в методологическом плане особо важными были эксперименты Глава 9. Фнэикаенэацин химии е конце ХIХ вЂ” первой полонине ХХ еа по искусственному расщеплению нерадиоактивных элементов, позволившие перенести структуру радиоактивного атома на устойчивый атом. В 1919 г. Резерфорду удалось, бомбардируя газообразный азот быстрыми альфа-частицами, превратить атомы азота в атомы кислорода и осуществить таким образом первуюядерную реакцию.
В 1913 — 1914 гг. А. Ван деи Брук, И, РидНовое пониылнне берг, Э. Резерфорд и Н. Бор пришли к идее о периодичности равенстве ядерного заряда атома и порядкового номера элемента в периодической системе Менделеева. Экспериментальное подтверждение этой идее придали спектральные исследования английского физика Г.
Мотли. Он показал, что атому присуща характерная величина, регулярно увеличнваюцшяся прн переходе от одного элемента к соседнему, и доказан, что зта величина может быль только зарядом внутреннего ядра атома. Исследования Г. Мозли имели очень важное значение, так как привели к новому пониманию периодичности химических свойств элементов. Последняя определялась именно значением порядковых номеров элементов (атомные веса, как полагал Г. Мозлн, являлись сложной функцией значений порядювых номеров). Такое понимание периодичности позволяло обь- '4,, '::: яснить сделанные Д.И. Менделеевым перестановки нескольких пар элементов (аргон-калий, теллур-нод.
Рис.лй.г.Мотли никель-кобальт); однозначно постулировало конечное количество элементов от водорода до урана; устанавливало число неоткрытых еще элементов н позвояяло решить проблему нижней границы периодической системы (невозможность существования элементов, предшествующих водороду), Знание атомных номеров рационализировало размещение в периодичесюй системе радиоактивных элементов, многие из которых, как показали шведские химики Д. Стремгольм и Т. Сведберг, были химически неразличимы (тождественны по свойствам), несмотря на различие атомных весов.
В 1913 г. Ф. Солди назвал такие элементы изотопаыи и поместил в олпу клетку периодической системы'. Через несколько лет благодаря созданному Ф.У. Астоном масс-спектрографу было установлено существование большого количества изотопов нералиоактивных элементов, т.е. стабильных изотопов. С позиций теории строения атома явление нзотопии получило обьясненне только в начале 1930-х гг. после открытия Дж. Чедвиком, Ирен и Фредериком Жолио-Кюри и др. нейтрона — элементарной незаря- ' В !913 г. Ф. Сопли и К.
Фаанс с$ормунировали закон рааиоаатнвиых салигов, «увязав» тем свммм структуру ралиоактивиых семейств со с~руктурой периодической системы элементов. 9.2, Становление кеантоео-.химическая теории женной частицы, входящем в структуру атомного ядра наряду с протонами (предположение об этом было высказано В. Гейзенбергом). Отметим, что по мнению многих историков химии, открытие изотопов означало своеобразное возрождение гипотезы Прауга, поскольку некратные водороду атомные веса оказались принадлежащими смеси двух или нескольких изотопных элементов .
Рассмотрение изотопов как одинаковых элементов внесло определенные коррективы в само понятие элеменнг, поскольку в атомнстической (дальтоновской) трактовке важнейшим признаком элемента служил атомный вес. Фактически химики начала ХХ в. стали оперлровать представлением об элементе в рамках классической (восходящей к Лавуазье) концепции, согласно которой определяющей характеристикой каждого элемента являются его химические свойства, прибавив к этому идею о наличии специфического для каждого элемента спектра излучения при заданных условиях. Изотопы стали рассматриваться как элементы химически эквивалентные, но физически отличные. Интересно, что среди физиков этот факт воспринимается как свидетельство недостаточности периодической системы для объяснения ряда физических свойств, таких как вес атома, радиоактивность, спектр рентгеновского излучения (эти свойства зависят от строения ядра и от наиболее близких к нему электронов).
Однако. химические и такие физические свойства элементов как теплопроводность, электропроводность н т.п., то есть те свойства, которые называются электронными и зависят, главным образом от числа и распределения внешних (валентных) электронов были удачно объяснены с помощью периодической классификации, основанной на знании атомного номера и, соответственно, числа электронов у каждого виля атомов, Первые удовлетворительные объяснения периодичности бьшн сделаны после появления н 1913 г. квантовой модели атома по Бору, развитой затем А. Зоммерфельдом. Применяя квантовые представления М.
Планказ, датский физик Н. Бор постулировал, что энергия движения электронов в резерфордовом атоме определается не просто обычными законами движения (в этом случае электрон должен непрерывно терять энергию и в конечном счете «упастьв на ядро). но н особымн — квантовыми — условиями. Поэтому в концепции Бора вместо бесконечного числа возможных орбит постулировалось конечное и дискретное число орбит, удовлетворяющее этим 1 Ня самом деле массы атомов не совсем крятны массе атома водороде. Неялдитивнесть масс впервые была объяснена Ф.У, Астоном нв основе теории относительности квк результат возможности взвнмоперехолов мяссы и энергии. При соединении нескольких праюнов с обрязоеяинем атомного ялрв элементе часть их мессы оереходит в энергию сщои ялрв (теперь это явление нязывяется дефектом массы).
В самом начале ХХ в. М, Пляик в понсквх формулы распределения энергии в спектре злекгромягннтиого излучения ябсолютно черного тела пришел к выводу, что энергия нспускяется и поглощается телом не непрерывно, я порциями - кваквами. 79 Глава 9. Филикалилация линии в канце Х)Х вЂ” первой палавиве ХХ в». квантовым условиям. Базовыми в этой теории были также принцип насыщения уровней — на каждом квантованном уровне может находиться не больше некоторого определенного числа элехтронов (в 1925 г.
этот постулат получил название принципа исключения Паули) и фундаментальный физический принцип, согласно которому устойчивое состояние системы всегда является состоянием минииальнай энергии, В начале 1920-х гг. Н. Бор на основании изучения многочисленных спектральных данных дал свое обоснование периодичности химических свойств элементов. Ключевыми аспектами его концепции были выведение максимального числа электронов на каждой из орбит, установление возможной ступенчатости их заполнения (внешиих или предыдущих) и выявление периодической повторяемости заполнения внешних орбит атомов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
