Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Обратимся к простейшему случаю, каким является молекула водорода, которая представляет собой связанное состояние двух про- а) Раиг! Яг. СЬег Веп Еиаагогое!1Ьаня ое АЬасшоааса Всг Е!с! ггоооояи!рреп Вп А!ого оац оог Когпр!схаггорпог оса зр с!мг..— Хъ 1, РЬз'.. !925, !. 3!, р, 765. Т а ба н ц а ЗОЛ, Свойства некоторых двукатомных молекул цс кду дассоцпацпа, ~ Молекула пдпа , А эВ Рассаояяп а*жда ядпацп. Л Эпагспя диссоциация, эн Иомы ли ВаО ~ '.
94 ' 4, 1,97 СаО 1 1.В2 0.9 Нс ~ 070 4,б НС1 4.4 НяН КС1 О, О,ЗЗ 4,42 9,70 1 0.09 О 92 1,74 2.79 1,Оэ 1,20 70 тонов и двух электронов. Попытаемся подойти к вопросу об энергии связи и расстоянии между протонамн. исходя из соображений размерности. Заметим, что мы рассматриваем те благоприятные случаи, когда связь заведомо существует, как в молекуле водорода. Поскольку масса протонов много больше массы электронов, опять можно пренеоречь движением протонов при определении энергии основного состояния молекул»1 водорода. В первом приближении можно считать, что оба протона находятся на фиксированном расстоянии «( друг от друга и окружены «облако»оа из двух электронов.
Допуст О1, что мы нашли энергию основного состояния двух электронов и се зависимость от расстояния с(. Для определенного значения г(, соответствующего стабильной молекуле, эта энергия будет минимальной, Наша задача является нерелятивистской, и поскольку мы считаем протоны бесконечно тяжелыми, то в нашем распоряжения остаются константы т, А и е. Единственной «естественной» энерп1ен при этом будет тг„, а единственной «естественной»длиной— боровский радиус а,. Эти величины и характеризуют молекулу водорода.
Более подробное рассмотрение подтверждает эту оценку, которая к тому же находигся в согласии с опытом. Энергия связи молекулы водорода равна 4,5 эВ, а среднее расстояние между протонам~ составляет 0,75.А (табл. ЗОЛ). Эти значения вообще типичны для молекул: их энергии связи лежат в пределах 1 — 10 эВ, а межядерное расстояние имеет порядок 1 А (10 ' см). В тгердом теле действует тот же «механизм» связи, что и в молекуле, и расстояние между двумя 'соседними атомами твердого тела также имеет порядок 1 Л.
3!. Приведенные оценки дают понятие об энергии, выделяемой или по лодаемой в химических реакциях, Элементарный'процесс в случае химических реакций заклуочается в том, что две или несколько молекул сталкиваются, образуя одну или несколько других молекул, Связанная с этим элементарным процессом энергия должна быть порядка молекулярной энергии связи, т. е.
лежит в пределах 1 — 10 эВ. Полная энергия реакции, лрихадяи(аяся нп моль вещества, будет порядка (1 — 10)Уа эВ'моль, что составляет около 20 — 200 ккал/моль. В качестве примера рассмотрим сгорание газообразного водорода в атмосфере хлора. Эта реакция имеет вид Н,+С1,=2НС1+44 ккал, (31а) и количество выделяющейся теплоты находится в согласии с нашими оценками. 32. Среди макроскопическнх единиц существует одна, заслуживающая более подробного рассмотрения. Мы отмечали, что такие единицы, как сантшиетр, грамм и секунда, взяты из повседневного человеческого опыта, поэтому неудивительно, что онн оказываются малоудобными в мире атомных явлений.
Существует, однако, одна макроскопическая единица, находящаяся в особом положении. Мы имеем в виду единицу потенциала вольт. После умножения вольта на заряд электрона получаем новую единицу — электрон-вольт, которая кажется специально созданной для атома. Случайно лн этоу Нет, не случайно. Первоначальный выбор вольта в качестве единицы разности потенциалов был связан с тем, что э.д, с.гальванических элементов как раз такого порядка. Например, э. д. с. кадииево-ртутного элемента очень близка к 1 В. Мы знавец что действие гальванических элементов основано на происходящих в них электро- химических реакциях и каждому электрону, покидающему катод батареи, соответствует некоторый элементарный химический процесс.
В этом процессе освобождается некоторое количество энергии (равное, скажем, Х), которая может перейти в работу или в некоторое количество теплоты, выделяемое за пределами батареи. Если э. д. с, оатареи равна (/, то Ув=Х, и поскольку в качестве единицы э. д. с. мы принимаем вольт, то энергия, выделяемая в элементарном электрохимнческом процессе, будет порядка электрон-вольта. Вот почему электрон-вольт оказывается единицей, как бы специально придуманной для мира атомов и молекул. Наиболее важные факты физики ядра 33. Ядра построены из протонов н нейтронов.
Эти частицги имеют очень близкие свойства, н их часто рассматривают как два различающихся зарядами состояния одной частицы, называемой нуклоном, Таким образом, возможны два состояния нуклона: заряженное состояние (протон) и нейтральное состояние (нейтрон) *). Число А нуклонов в ядре называется массовым числом пли нуклонным числом ядра, Число У протонов называется эарчдовым числом ядра илн атомным номеролб если мы имеем в виду соответствующий атом.
Массы протона и нейтрона равны: И = (1,00727663-1-0,00000008) а. е.м. = = (938,256-)-0,005) МэВ(се, (ЗЗа) :И„= (1,0086654)-0,0000004) а. е. и. = = (939,550~0,005) МэВ!сл. (ЗЗЬ) *) Нейтрон был открыт Чадепком в ! 932 г. (Саааюсв 2. Тие ЕхЫепое о1 а )Чепггоп.— Ргое. Рою зос. )опооп, зег. А, 1932, ч. 136, р.
692). Рассмотрим ядро с массовым числ гя Л и зарядовым числом У. Обозначим его массу через >И(А, 2). Величина б(Л З)=(2>Иг ' (Л вЂ” Д Л1,) — И(А, У) (ЗЗс) паз>наестся д т)>'к>п»ч зшсгы ядрз Д> ! схт массы всегда полотгпшелен.
Действительно, вели шпа о ь1, х) с> равна энергии связи ядра, т. е. вверг» . >» ггр) о исоа:.-димо затратно>я чтооы р»зделить ядро на 0, . 'ив б > 05 50 05 г00 /~ю .'. '>5 000325 050 Яъ.сгз:г::. -.::: Р>>с, а>А. з-> *. тл:т ню нп:ь, ~ и: Буй>, ~ м > х.-' ! .;;".:.~ы" ..: ~ > з,>> ..~о протояы и пейгрэзы.
Энергия связи, прях >тяшая я на один пуклон, прибил ч>ш лько по тоянна для всех стабильных язеп н близка к Л(Л, Л) с"->А-З МэВ. (ЗЗг() Это наде.к:ю установленный опь>шньсй факг. Среди легких ядер есть неск:юьчг заметных исклоченгй из этого правила. Кроме гогг>, имеет ".есгз систематическое уменьшение энер>ин связи на н)клон по мер возрастания А. Это хорошо показано на рис.
ЗЗА. З4. Следует помнить, что записанные в большинстве табл;и значения >асс «ядер» в действгггельности относятся к нейтральныхг а'поз>п>н Пусгь й((А, З) — мас а яЭ)>з, а .Й(Л, г.) — масса соответству. юшего з поз>а, тогда М (А, 7) =З1'А, У)+Хт — В (У).
(34а) Здесь гя — масса электрона, а положительная величина В(я) есть энергия связи всех электронов в атоме. При вычислении энергетического баланса некоторой ядерной реакп>ш в оольшиистве случаев все равно, пользуемся ли мы значениями истинных масс ядер илн значениями масс соответствующих атомов. Действительно, в последнем случае вклады от электронных масс компенсируются, а энергия связи В (Я) очень мала по сравнению с ядерной энерп1сп связи, близкой к 8 МэВ на нрклон, и ею почти всегда можьзо пренебречь. ууаглао т Оа асп~очнауга гага ,сугагг, улт.наглу ма ус г, Рис. 34А. Хасс.спектрометр для анаггав талых кочнызтз благо;сд..с,о -...з -. ытеорвтаз Назначение прибора — не точьсе камереьи» юсиных масс, а оп еделы се т.юснтельноя г аспространенности различных нзотопов «сенона.
По..уссз ные дасяь сопель ыт:я для оп. ределения возраста метеоритов, по очень важно для ггпн згння Мою ожд 1: эволюции Солнечнон сгстемь1 1яеглоггз .1. Н. где Аке о1 1дс У, п спзз ~п Збг Ьег1зг Зззкг. — Зс1епн[й дтег1сап, 1ибб. у, 203. р. 1711. Оэсрху дгяа Фототглгзрия з1 с-сезьтрозптраз, . снизу — его схема. Благ родны и гаэ ьыдслй; ь П из мю орита. нсч* аз глг 1 удар т и =лекс роноа в специальном понтом источнике. ускоренные элгизрьчес пзм полем иояы зтклоняглся магнитолз Рванье азоты ы асгьпьп: кл 1ззлз»юе отклонение, н, зспяя в|дуз нию магннпюго поля, кожно зззмернтьтаокпа ьс;ьпктср. сгоотэ тстпэюгььй к;»дсзунзотму Рассгзстрзненность изотопа пропсгпгв алана этому текуч кгаеь г ьсолнсгодность з бз ктногс, гол.
помогаев Ескусзтгое~ е нгтс в ьг * .ель колпак~про Причина, по которой в таблииах приведены массы атомов, а не ядер, заключается в том. что массы атомов летуче измер1пь. Отклоняя ионы разл1гчных атомов в электрическом и дзагвитьсх1 полях, можно определить отношение их заряда к массе. Соответствующие приборы называются д1асс-слектродретрод1и. йтасс-спектрол1етриче- 73 ские исследования, начатые работами Дж. Дж. Томсона и Ф. Астона, дали нам точные значения атомных масс *). Другим источником сведений о массах ядер является изучение кинематики ядерных реакций, 85. С увеличением массового числа А отношение Я!А обнаруживает систематическое изменение. Для не слишком тяжелых ядер, — фсчи р рис.
34 3 спектр масс. полученный с 1гомощыа прибора, показанного иа рис. 34д, длн ксевона в метеоРитах. Короткими горизонтальными лииинми показана распространенность изотопов ксенона в земных образцах.мы видим. что метеоритный ксенон обогащен изотопам тз'Хе. Заметим, что крнзаз распространенности взображена в двух различных1вертвкальныхмасщ табах когда А меньше 50, отношение Л/А близко к 0,5. С увеличением А отношение хнА медленно уменьшается, и, например, для изотопа урана ",31) оно равно 0,39.
Для очень малых А мы опять обнаруживаем нерегулярность: водород, например, имеет три изотопа— ,'Н, ,'Н (дейтерий) и ,'Н (тритий). Йекоторые ядра стабильны, тогда как другие нестабильны и испускают частицы или у-излучение 70бычно встречающиеся в природе ядра либо абсолютно стабильны, либо имеют чрезвычайно большие времена жизни.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
