yavor2 (553175), страница 61
Текст из файла (страница 61)
На рис. 73.4 приведена диаграмма Мозли, иллюстрирующая для линий К„линейную зависимость 1Г~*~й от атомного номера Я. Применение закона Мозли к атомам химических элементов периодической системы в свое время подтвердило закономерное возрастание заряда ядра на единицу прн переходе от одного элемента к последующему. Это имело большое значение для доказательства справедливости ядерной модели атома и правильности теории периодической системы. Например, при переходе электрона на Ь-оболочку из М-оболочки возникает линия Ь„, из У-оболочки — линия Ь и т. д. Все переходы, заканчивающиеся на й-оболочке, образуют Е-серию характеристических рентгеновских лучей.
На рнс. 73,3 схематически представлено возникновение различных серий характеристических рентгеновских лучей. 5. В 1913 г. Мозли установил важную зависимость между длинами волн линий характеристического рентгеновского излучения и атомным номером атомов химических элементов, являющихся источником рентгеновских лучей. Закон Мозли выражается следующей формулой: ,— =а (2 — о), (73.7) где т* = 1Й вЂ” волновое число линии (5 71.3), )т — постоинная Ридберга в м-' (или см-') (й 71.3), а и о — некоторые постоянные, характеризующие серию линий рентгеновского характеристического спектра и вещество антикатода (анода).
В частности, для длин волн линий К„Мозли получил следующее соотношение: /"~ч ~ 3 (73.8) Из сравнения (73.8) и (73.7) видно, что для этих линий а =УЗ/4 и о = 1. Формулу (73.8) можно переписать в следующем виде: 6. Малая длина волны рентгеновских лучей, как тормозных, так и характеристических, большая <жесткость» рентгеновских лучей обусловливают их высокую проникающую способность. При прохождении сквозь вещество интенсивность рентгеновских лучей уменьшается в результате их рассеяния и истинного поглощения. Ослабление интенсивности ув" рентгеновских лучей вследствие рассеяния свя- Л» вано, в основном„с эффектом Комптона Я 68.6). При этом часть энергии жестких рентгеновских лучей передается электронам вещества, а сами лучи, испытавшие рассеяние, становятся более мягкими, приобретают ббльшую длину волны.
Истинное поглощение сопровождается переходом энергии рентгеновских квантов во внутреннюю энергию вещества. Истинное поглощение весьма сильно зависит от атомного номера 2 вещества, ю <ч? сй л? Я оно пропорционально 2'. Рис. 73.4. Благодаря различному поглощению рентгеновских лучей при прохождении их через неоднородные препятствия эти лучи нашли широкое применение в медицине для просвечивания и в различных областях науки и техники для дефектоскопии. Например, при просвечивании человеческого тела поглощение в костях, состоящих главным образом из фосфорнокислого кальция, приблизительно в 150 раз превышает поглощение в мягких тканях тела, где поглощает, в основном, вода.
Поэтому при просвечивании резко выделяется тень от костей. Рентгеновская дефектоскопия также основана на зависимости поглощения рентгеновских лучей от атомного номера 2 в оптически непрозрачных твердых телах. В зависимости от атомного номера 2 материала дефектных включений в теле при его просвечивании границы дефектов будут на экране обозначены по-разному.
Если дефекты имеют атомные номера 2, меньшие, чем вещество тела, то область, занятая дефектами, окажется более светлой, чем остальное поле зрения. В противоположном случае дефектная область окажется затемненной. Методом рентгеновской дефектоскопии определяется не только площадь, занимаемая дефектом, но и его толщина. Для этого тщательно измеряется ослабление рентгеновских лучей в области нахождения дефекта и вне ее. ГЛАВА ?4 СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ И ИХ СПЕКТРЫ й 74.1. Общая характеристика химических связей 1. Как известно, молекулой называется наименьшая частица однородного вещества, обладающая его основнымн химическими свойствами. Молекулы состоят из одинаковых или различных атомов, соединенных между собой междуатомными химическими связями.
Устойчивость молекул свидетельствует о том, что химические связи обусловлены силами взаимодействия, связывающими атомы в молекулах, Опыт показывает, что для того чтобы разъединить молекулу на составляющие ее атомы, необходимо совершить работу. Это означает, что образование молекулы должно сопровождаться выделением энергии. Например, два атома водорода (Н) в свободном состоянии обладают большей энергией, чем те же атомы, образовавшие двухатомную молекулу (Н,). Энергия, которая выделяется при образовании молекулы, является мерой работы тех сил взаимодействия, которые соединяют атомы в молекулу.
2. Для того чтобы понять причины, по которым электрически нейтральные атомы могут образовать устойчивую молекулу, мы ограничимся рассмотрением простейших двухатомных молекул, состоящих из двух одинаковых или различных атомов. Силы между- атомного взаимодействия возникают между внешними валентными электронами атомов. Об этом говорит резкое изменение оптического спектра атомов при вступлении их в химические соединения. Напомним, что линейчатые спектры атомов определяются состоянием их внешних, валентиых электронов.
Наоборот, рентгеновские характеристические спектры, зависящие от внутренних, глубинных электронов атомов, не изменяются при вступлении атомов в химические соединения Я 73.4). С другой стороны, в образовании химических связей должны принимать участие те электроны, состояние которых легко изменить затратой сравнительно небольшой энергии.
Ими являются внешние, валентные электроны атомов. Потенциалы ионизации этих электронов значительно меньше, чем у электронов, находящихся на внутренних застроенных оболочках (ф 73.2). 3. Какой бы ни была природа тех сил, которые объединяют атомы в молекулу, можно высказать некоторые общие соображения о характере этих сил. Если атомы находятся на большом расстоянии друг от друга, то они не взаимодействуют между собой. При сближении атомов, при уменьшении расстояния г между их ядрами, возрастают силы взаимного притяжения, действующие между атомами.
На малых расстояниях г, срав имых (и меньших) с линейными размерами атомов, проявляют себя силы взаимного опипалкивания, которые не позволяют электронам одного атома слишком глубоко проникать внутрь электронных оболочек другого атома. Силы притяжения и отталкивания по-разному зависят от расстояния г между атомами. В этом они похожи на силы межмолекулярного взаимодействия, рассмотренные в Э 31,4, Силы отталкивания быстрее изменяются при изменении г„являются более «коротко- действующими», чем силы притяжения. При увеличении расстояния г между атомами силы отталкивания убывают быстрее, чем силы притяжения. Одновремешюе действие противоположно направленных сил — притяжения и отталкивания — приводит к тому, что на некотором расстоянии г, между атомами обе силы уравновешивают друг друга, и их геометрическая сумма становится равной нулю.
Этому расстоянию соответствует наименьшая потенциальная энергия У(г) двухатомной молекулы. На рис. 74.1 приведены три кривые: сила притяжения (Р„.), сила отталкивания (Р,) и результирующая сила взаимодействия (Р) атомов в двухатомной молекуле в зависимости от расстояния г между атомами. Силы отталкивания считаются положительными (см.
5 31.4). На рис. 74.2 приведена кривая зависимости от г потен- циальной энергии У(г) взаимон э' действия атомов в двухатомной молекуле. Рис. 74Л. Рис. 74.2. 4. Равновесное междуатомное расстояние г, в молекуле называется длиной связи. Величина Р на рис. 74.2 называется энергией диссоциации молекулы, или энергией связи. Она численно равна работе, которую надо совершить для того, чтобы разорвать химические связи атомов в молекуле, разъединить молекулу на составляющие ее атомы (или ионы, 2 ?4.2) и удалить атомы друг от друга за пределы действия междуатомных сил. Очевидно, что энергия диссоциации равна энергии, выделяющейся при образовании молекулы, но противоположна ей по знаку: энергия диссоциации отрицательна, а энергия, выделяющаяся при образовании молекулы, положительна.
ф 74.2. Ионные молекулы 1. Самое простое предположение о природе химической связи, удерживающей атомы в молекуле, состоит в том, что между внешними электронами атомов возникают электрические силы взаимодействия, удерживающие атомы друг возле друга. Но устойчивой такая молекула будет лнп!ь в том случае, если у двух взаимодействующих атомов возникнут противоположные по знаку электрические заряды. Тогда притяжение между этими зарядами обеспечит химическую связь в устойчивой молекуле. Подобный тип химической связи действительно осуществляется в некоторых молекулах.
Типичными примерами молекул стакой связью являются молекулы щелочно-галоидных солей: 14аС1, КЬВг, Сз.! и др., образовавшиеся при соединении атомов элементов первой и седьмой групп перноднческой системы. Взаимодействующие атомы при этом превращаются в ионы. Один из атомов, присоединивший к себе один или несколько электронов, приобретает отрицательный заряд и становится отрицательным ионом.
Другой атом, который отдает соответствующее число электронов, превращается в положительный ион. Между разноимснно заряженными ионами возникают силы электростатического притяжения. Подобный тип связи называется ионной связью. Иногда она называется гетерополярной (от греческого слова «гетеро» вЂ” разный). Молекулы, в которых осуществляется такой тип связей, называются ионными илн еетерополярными молекулами.
2. Рассмотрим подробнее, как происходит образование молекулы поваренной соли ХаС1. Атом натрия, как и другие атомы металлов первой группы, имеет сравнительно небольшую величину потенциала ионизации. Для того чтобы отщепить от атома натрия его внешний„ одиннадцатый электрон, необходима энергия 5,1 эВ. С другой стороны, атом хлора С!, имеющий семь внешних валентных электронов, и другие атомы седьмой группы (металлоиды) характеризуются большой величиной электроннпео сродства.
Под этим термином понимается количество энергии, которое выделяется, когда к атому металлоида присоединяется электрон. Например, для хлора эта величина составляет 3,8 эВ. Переход электрона от атома натрия к атому хлора приводит к образованию ионов 5!а* и С! . Каждый из них обладает устойчивой внешней восьмнэлектронной оболочкой (Э 73.2), характерной для химически инертных «благородных» газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
