Терней - Органическая химия I (1125892), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Масса* всех этих частиц очень мала, и поэтому была установлена произвольная шкала масс, в которой используется и — унифицированная единица атомной массы (называемая также дальтон). Единица атомной массы и определяется как '/,з массы атома'«С. (Не беда, если вы не вспомните, что такое '"-С. Это будет объяснено ниже.) Аналогично заряды субатомных частиц обычно выражают как кратные заряду электрона. Некоторые данные о свойствах субатомных частиц представлены в табл.
1-1. *Необходимо четко различать' понятия массы и веса. Масса является мерой количества вещества, в то время как вес является мерой силы тяжести. Например, на Луне ваш вес уменыпится, однако масса останется неизменной. 12 гллвА 1 Таб.ища 1-Х Свойства субатомных частиц Заряд электрона 4,6 10 ге " (1 единица заряда злектрона=1,6 10 г' К) 0,1 ° 10 гг г 2,4 10 ге см 5,5 10 4 и 1,0 и 1,6725 10-г4 г 1,3 10 га см 1 »единица заряда электрола (~олоягительная) 1,0 и 0 1,6757 10 г4 г Масса покоящегося электрона Длина волны электрона Атомная масса электрона Атомная масса протона Масса протона Длина волны протона Заряд протона Атомная масса нейтрона Заряд нейтрона Масса нейтрона а е — алентростатичесяая единица. ~ Точных сведений о распределении изотопов во Вселенной нет.
Учитывая, что различные регионы нашей Вселенной имеют разный возраст, вполне закономерно, что распределение изотопов в них различно. Массовым числом атома называется общее число нейтронов и протоиогя в ядрах. Поскольку массовое число является интегральной (целой) величиной, то оно может только приближенно давать действительную массу ядра, так как массы субатомных частиц не являются целыми числами. Действительно, если мы попытаемся рассчитать общую массу любого атома сло,"кением масс электронов, протонов и нейтронов, то полученная величина будет больше, чем действительно наблюдаемая масса атома. Разница отражает энергию, которая выделяется при взаимодействии этих частиц, приводящем к образованию атома. Эта энергия называется энергией связывания и относится к «потере» массы по известному уравнению Эйнштейна Е = тс'. Отметим, что 1 г массы, полностью превращенный в энергию, эквивалентен 22 10' ккал (1 ккал = 4 184 кДж).
Атомной массой элемента называется «средияя» масса атома элемента относительно массы углерода-12. Если считать, что массы нейтрона и протона равны каждая приблизительно 1 и и что масса электрона относительно мала, то отклонение величин атомных масс от целых чисел для ряда элементов достаточно неожиданно. Иллюстрацией этого служат, например, атомные массы сурьмы (ЯЬ) — 121,75, бора (В) — 10,811, хлора (С1) — 35,45, рубидия (ВЬ) — 85,47. Дробные величины масс обусловлены тем, что большинство элементов существует в виде смеси атомов с различными массами, называемых изотопами.
Число протонов (и электронов), присутствующих во всех атомах данного элемента, должно быть одинаковым. Изопгопы имеюгп разное число нейтронов в ядре. Это означает, что изотоггы огплггчаются по своим массовым числам (числу протонов плюс число нейтронов), по не по своим апгомпым числам (числу протонов). Именно существование и распределение изотопов определяют точное значение атомной массы. Относительное количество данного изотопа называют «природным содержанием» этого изотопа* (табл. 1-2).
Для иллюстрации того, как возникают дробные атомные массы, рассмотрим хлор (ат. масса 35,5). Хлор представляет собой смесь 75,5оо хлора- 35 (з»С1) и 24,5% хлора-37 (з'С1), и, следовательно, его атомная масса равна 0,755(35,0) + 0.,245(37,0) = 35,5. Атом 13 Таблица 1-2 Наиболее распространенные изотопы а Природное содержание, 04 ядерный спин б Изотоп Атомная масса, и 'Н 1, 008 зН 0,02 2,014 зц 0,00 3,016 гоВ 19,6 'гВ 80,4 'зС 98,89 гзС 99,63 0,37 го0 гг0 0,037 "0 0,20 1о !г 100, 00 згр 100,0 Полный список изотопов можно найти в лнапйЬооК о! СЬегп!вагу апй РЬуз!сз", публикуемом тйе С11егп!са1 НнЬЬег Со., С1ече1апй, ОЬ!о (иногда его называют "ТЬе НиЬЬег НапйЬоо!г"). Эта величина, даннал в единицах л/2п, будет использована при рассмотрении спектроскопии ядерного магнитного резонанса (гл.
29). Углерод имеет атомную массу 12,01. Это может вас удивить, поскольку унифицированная единица атомной массы определена как '/!2 массы атома углерода-12. 11ажущееся несоответствие устраняется, если принять во внимание, что один из изотопов углерода имеет массу 12,0000. Природное содержание "С составляет 98,89%, остальное — изотопы 'зС и "С. Несмотря на то что известны шесть изотопов углерода, в природе встречаются только эти три. ["С радиоактивен (период полураспада 5770 лет), и поэтому оп применяется в процессах радиоуглеродного датирования.1 Именно присутствие этих более тяжелых изотопов вызывает некоторое увеличение средней атомной массы углерода по сравнению с таковой для атома "С. Помимо углерода водород является другим, наиболее часто встреча!ощимся элементом в органических соединениях.
Он участвует во многих реакциях органических соединений, и иногда скорости этих реакций определяются тем, какой изотоп водорода в них участвует. Существуют три изотопа водорода: г!ротий (водород-1, 'Н или просто водород Н), дейтерий (водород-2, еН или 0) и тритий (водород-3, зН или Т). В то время как протий и дейтерий встречаются в природе, радиоактивный тритий (период полурас11ад(1 12 лет) получают искусственным путем. Тритий может быть обнаружен с помордь!о счетчика Гейгера; иногда тритиевые соединения (соединения, н которых тритий замещает часть или все атомы водорода-1) вводят в орга- 10, 013 11, 009 12,0000 13,003 14,003 15,000 15,995 16,999 17,999 18,998 30,974 1 2 1 1 2 3 3 2 0 '1 2 1 1 2 0 5 2 0 1 2 1 2 14 низм животных для того, чтобы определить в нем распределение органических соединений.
Каким же образом химики обозначают отдельные разновидности атомовг Вокруг символа атома располагают следующие обозначения: сверху справа — заряд частицы данного атома, внизу справа — число атомов в данной молекуле, вверху слева — массовое число и внизу слева — атомный номер. Цифры внизу слева обозначают данный элемент, в то время как цифры слева вверху указывают определенный изотоп этого элемента. массовое число .)~заряд (еслн он отличен от нуля) атомный номер чпсло атомов (если оно отлично от единицы) 11римеры такого обозначения приведены ниже: 12С е атом углерода-12 оксид дейтерия (тяжелая вода) 2~Н2 молекула трития 2но- $ анион оксида дейтерия Химики-органики обычно используют сокращенные обозначения различных атомов.
Изотопы, которые имеют тривиальные названия (например, дейтерий и тритий), обычно обозначают соответствующими символами (1у и Т). Обычно также не указывают атомные числа. Производные, показанные выше, обычно обозначаются так: 12С по оксид дейтерия (тяжелая вода) т молекула трития атом углерода-12 Ро- анион оксида дейтерия Проиллюстрируем эти сокращенные обозначения на примерах из органической химии — хлороформе и дейтерохлороформе (дейтеросодержащий аналог хлороформа)~ С1)С)3 дейтерохлороформ СНС1 хлороформ 1.3.
ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМА * Недавно было нокавано, что хлороформ вызывает рак у некоторых животных. Рассмотрим, как развивались представления о расположении электронов в атоме. Свое рассмотрение мы начнем с работы Резерфорда, так как на ее примере достаточно ясно виден конфликт между положениями классической физики и динамической картиной атома. ГИБЕЛЬ~ КОНЦЕПЦИИ вЂ” НЕОБХОДИМОСТЬ НОВОЙ ИДЕИ. Одно из ранних описаний атома принадлежало Дж.
Дж. Томсону, открывшему электрон. Он предположил (1904), что атом состоит из гомогенной сферы положительного заряда, в которую внедрены отрицательно заряженные электроны. Такая картина атома получила название «сливового пудинга». Основываясь на своих экспериментах по рассеиванию а-частиц, 1'езерфорд. показал, что предложенная Томсоном картина неверна.
Он предположил (1911), что атом имеет плотное положительное ядро, окруженное морем электронов. Плотность ядер по существующим оценкам приближалась к лтом 15' известной в настоящее время плотности некоторых типов звезд, равной около 108 тонн на миллилитр!. (Средняя плотность Земли равна 5„5 г/мл.) В соответствии с моделью Резерфорда в 1915 г. считали, что электроны движутся вокруг ядер по орбитам.
Далее классическая физика постулировала, что при ускорении заряженной частицы излучается энергия. Таким образом, электроны должны постоянно испускать излучение, так как движение по кругу равносильно постоянному ускорению в новом направлении. Если электрон постоянно испускает энергию, то его орбита; должна постоянно уменьшаться, в результате чего электрон будет приближаться к ядру. В конце концов он должен упасть на ядро! В процессе уменыпения орбиты электрон должен также испускать постоянно изменяющийся непрерывный спектр излучения. Эти предсказания не подтверждались. экспериментом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
