Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Такие фильтры называются дополнительньти. Рис. 347. К упражнению 40: 1 — дуга, 2 — фиолетовый фильтр, 3 — желто-зеленый фильтр, 4 — лист бумаги, 5 — сосуд с флю. оресцеином, б — глаз Свет от электрической дуги направляется на белую бумагу и.лн на сосуд с флюоресцеином, причем фильтры располагаются в одном из четырех положений, изображенных на рис.
347. Что мы будем наблюдать в первом (бумага) и втором (флюоресцеин) случаях? РАЗДЕЛ ЧЕТВ ЕРТЪ|й АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА Г л а в а ХХП. СТРОЕНИЕ АТОМА 9 194. Представление об атомах. Из химии и предыдущих разделов физики мы знаем, что все тела построены из отдельных, очень малых частиц — атомов и молекул. Под атомами понимают мельчайшую частицу химического элемента. Молекулой называют более сложную частицу, состоящую из нескольких атомов. Физические и химические свойства элементов определяются свойствами атомов этих элементов.
Слово «атом» происходит от греческого «атомос» — неделнмьш. Вплоть до конца Х1Х века было распространено убеждение, что атомы являются простейшими, неделимыми частицами вещества. Однако последующее развитие науки опровергло эту точку зрения. Было установлено, что атомы не являются простейшими частицами, а представляют собой довольно сложные образования. Указание на это дает нам оптика, и, в частности, электромагнитная теория света. Было доказано, что электромагнитные волны, а следовательно, и свет нспускаются при ускоренном движении электрических зарядов.
Но и атомы вещества способны испускать свет — видимые электромагнитные волны, давая характерное для каждого атома излучение — спектр (см. гл. ХХ). Отсюда мы должны заключить, что атомы содержат в себе электрические заряды, способные перемещаться. Изучение электропроводности металлов и газов (см. том 11, 9986, 91 и 92) показывает, что в состав атомов входят отрицательно заряженные частицы — э л е к т р о н ы, масса которых очень мала по сравнению с массой атома.
Так как атом в целом нейтрален, то наряду с электронами атомы содержат также и положительно заряженные частицы. Таким образом, атомы являются сложными частицами, построенными из других, более простых частиц. Составными частями атомов являются электроньс и, как мы увидим в гл. ХХ1Ч, положительно заряженные частицы — протоны и незаряженные частицы — нейтроны. 452 Атомы представляют собой весьма прочные системы, неизмеримо более стойкие, чем составленные из атомов молекулы.
Действительно, мы можем сравнительно легко разложить молекулу на атомы. Для этой цели достаточно, например, н а г р е т ь вещество. Так, нагревая газообразный азот или водород до температуры порядка 2000 К, мы заставляем значительную часть молекул (Н, или Н,) распадаться на соответствующие атомы; при этом надо отметить, что молекулы г«, и Н, принадлежат к числу наиболее прочных, Молекула хлористого аммония («(Н«С1, например, распадается на аммиак («(Н» и хлорнстый водород НС1 уже прн комнатной температуре или небольшом нагревании.
Бросая в воду кусочек металлического натрия, мы вызываем химическую реакцию, в результате которой молекула воды Н,О распадается, выделяется газообразный водород Н, и образуется едкий натр («(аОН, т. е. происходит радикальное преобразование молекул. С атомами такие преобразования долго не удавались. Весьма сильные воздействия (нагрев, изменение давления, пропускание мощных электрических разрядов и т.
д.) приводят лишь к очень незначительным изменениям атомов: они могут и о н и з ов а т ь с я: т. е. от них могутотделиться один или несколько электронов, Хотя ион обладает некоторыми чертами, отличающими его от атома, однако основные свойства атома сохранены в нем; ион крайне легко вновь становится нейтральным атомом, присоединяя к себе обратно потерянные электроны.
Длительные усилия алхимиков превратить один атом в другой (в частности, получить золото из «неблагородных» элементов) путем различных химических и физических воздействий на атом остались тщетными. Лишь сравнительно недавно были открыты явления, в которых атомы претерпевают глубокие изменения, превращаясь в атомы других элементов.
С кругом этих явлений мы познакомимся в гл. ХХ111 и ХХ(У. й 195. Постоянная Авогадро. Размеры и массы атомов. Одной из важных постоянных атомной физики является пас»поянная Авогадро (см, том 1, Э 242) — число структурных элементов (атомов, молекул, ионов и т. п.) в моле вещества.
Зная постоянную Авогадро, можно найти величины, характеризующие отдельный атом; массу и размеры атома, заряд иона и т. п. Существует ряд способов измерения постоянной Авогадро. В них используются физические явления различного 453 рода. К числу таких явлений относятся броуновское движение частиц, взвешенных в жидкости или газе (см.
том 1, ~ 2!9), радиоактивность (см. гл. ХХП), рассеяние света в газах и др. Наиболее точным методом определения этой постоянной явлется метод, основанный на дифракции рентгеновского излучения. Из оптики (см. гл. ХЧ!1) мы знаем, что рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, отличающиеся от видимого света значительно меньшей длиной волны. Волновая природа рентгеновского излучения была установлена впервые в опытах по дифракции на кристаллах. Эти опыты одновременно подтвердили справедливость представления о кристаллах как о совокупности правильно расположенных атомов, образующих пространственную решетку (см. том 1, 926б). Пучок рентгеновских лучей, падающих на кристалл, рассеивается по преимуществу в некоторых избранных направлениях (см. З 154).
Углы рассеяния определяются длиной волны рентгеновского излучения и расстоянием между соседними атомами в кристалле. Если одна из этих величин известна, то, измерив углы рассеяния, можно определить вторую. Длину волны рентгеновского излучения измеряют с большой точностью по дифракции на обыкновенной штриховой решетке, подобной решеткам, применяемым в оптике (см.
Я !Эб и !38). Зная же длину волны рентгеновского излучения, мы можем определить межатомпое расстояние в кристалле. В кристаллах типа каменной соли КаС! атомы расположены по вершинам куба со стороной, равной кратчайшему межатомному расстоянию а "). Объем кристалла, приходящийся на один атом, составляет а', на одну молекулу 2а'. Пусть объем кристаллического вещества, количество которого равно 1 молю, есть У. Тогда постоянную Авогадро можно найти по формуле А!л — — )г/2а'. Все разнообразные способы измерения постоянной Авогадро приводят к одному и тому же значению. По современным измерениям значение это равно )Уд=б,02!О" моль '.
') Рассмотреть рэсположенне отдельных зтозюв тяжелых элементов в кристалле и измерить расстояние между инин можно также с помощью электронного микроскопа, 454 Согласие различных способов определения постоянной Авогадро (равно как и согласие различных способов измере- ния масс, размеров и скоростей атомов) является убедитель- ным доказательством справедливости атомистической теории вещества. Обратим внимание на резкое различие сжимаемости га- зов, с одной стороны, и жидкостей и твердых тел, с другой стороны. Согласно закону Бойля — Мариотта (см. том 1, 5 226) для уменьшения объема газа на 1% достаточно на 1% уве- личить давление. В твердых же телах н жидкостях умень- шение объема на 1% требует увеличения давления в десят- ки и сотни раз (исходное давление предполагается атмосфер- ным). Зто различие объясняется тем, что молекулы газов находятся на расстояниях, которые во много раз превос- ходят размеры молекул.
Их сближению препятствует тепло- вое движение. Силы же взаимодействия между молекулами газа, находящимися на больших расстояниях друг от друга, настолько слабы, что их можно не учитывать. Наоборот, в жидкостях и в твердых телах атомы (или молекулы) можно рассматривать как расположенные почти «в п л о т н у ю».
Прн сближении атомов (молекул) возникают огромные силы отталкивания, которые и затрудняют уменьшение объема этих тел. Таким образом, среднее расстояние между центрами со- седних атомов твердого или жидкого тела можно прибли- женно считать линейным размером атома. Зная постоянную Авогадро, легко вычислить это расстояние. Моль вещества содержит Ж„атомов и занимает объем М!р, где р — плотность вещества, М вЂ” его молярная мас- са. Придадим молю вещества форму куба. На ребре куба уложится ~ГУд атомов; длина ребра будет равна корню кубическому из объема куба, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
