Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Вынесение лантаноидов и актиноидов в отдельные строчки не нарушает логической стройности хода изменения свойств остальных элементов, но сокращает размеры шестого и седьмого периодов, делая таблицу более удобной в обращении.
Следует указать, что это не единственный метод обозначения групп, и, например, в металлофизике принято обозначать группы по порядку, тогда, например, титан будет в IVA-группе, а кремний — в IVB . Обе системы обозначения групп широко применяются.
После ознакомления с теорией строения атомов, зная различие в строении электронных оболочек, мы можем вообще обойтись без индексации групп, .как это будет показано далее.
25
Эта форма таблицы приведена полностью — с атомными массами в углеродных единицах и названиями элементов — на втором форзаце данной книги.
В «длиннопериодном» варианте периодической системы полностью развернуты периоды и включены f-элементы (актиноиды и лантаноиды), но эта форма применяется реже.
2.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВАНИЯ УЧЕНИЯ
0 СТРОЕНИИ АТОМОВ
До конца XIX в. полагали атом неделимой и неизменяющейся частицей, что находило подтверждение в множестве явлений, и главным образом в химических реакциях, в которых вещества реагировали между собой в определенных массовых отношениях (см. гл. 1), и химики оперировали массами целых атомов, или, точнее, величинами, им пропорциональными.
Однако многие явления, происходящие в веществах, с этой точки зрения были необъяснимы. Накопление таких фактов шло одновременно в различных областях физических и физико-химических явлений. Связь строения атомов с электрическим зарядом все более настойчиво утверждалась в сознании ученых по мере накопления научных открытий и их обобщения.
Из электрохимических исследований В. В. Петрова (1804), Дэви (1807), обобщенных законами электролиза Фарадея (1830—1834), стало очевидным, что атомы могут нести положительный или отрицательный заряд, поскольку они выделяются на катоде или на аноде электролизера. Из корпускулярности вещества соответственно вытекала корпускулярность электрического заряда, и в 1870 г. Стони пытался определить величину единичного заряда, связанного с одним одновалентным атомом и названного им электроном. Ему удалось определить лишь заряд, отнесенный к одному эквиваленту
1 У7^96 500 кулонов, так как в то время не была известна постоянная Авогадро, определенная позднее (1908—1910).
Заряд электрона был определен Милликеном (1906—1916) методом уравновешивания заряженной капли в электрическом поле, что позволило определить и уточнить постоянную Авогадро.
Ряд количественных закономерностей был установлен на основе большого экспериментального материала, явившегося базой для теории строения атомов и полученного с помощью эмиссионного спектрального анализа (Бунзен и Кирхгофф, 1860). Так, Бальмер (1885) нашел для спектра испускания водорода в видимой области очень интересное соотношение между частотами спектральных линий:
серия Бальмера
где /г = 3, 4, 5; К в уравнениях спектральных серий — постоянное число.
(2.1)
26
Позднее в ультрафиолетовой области Лаймен, а в инфракрас ной Пашен нашли следующие соотношения частот: серия Лаймена
(2.2)
где п = 2, 3, 4; серия Пашена
*
V = /С1
(2.3)
где п = 4, 5, 6.
В 1908 г. Риц дал одно уравнение для всех серий:
(2.4)
где /г, и п2 — целые числа.
Обобщение Рица распространяется на излучение и более сложных атомов, чем атом водорода. Уравнение (2.4) было положено в основу теории строения атома водорода Нильса Бора (1913).
Впоследствии Ридбергом было предложено определять спектральную линию волновым числом, понимая под этим числом длины волн, укладывающихся в 1 см. Волновое число имеет размерность см"1-/С, выраженное в волновых числах, получило название постоянной Ридберга И = 109 678 см"1, а уравнение принимает вид
где /V-1,2,3.
Совершенствуя методы возбуждения газов для получения их спектров, Крукс (1879) открыл так называемые катодные лучи, вызывающие фосфоресценцию веществ и распространяющиеся от катода к аноду. Дж. Томсон (1896—1897) изучил природу этих лучей и доказал, что они представляют собой поток электронов, вылетающих из катода со скоростью, близкой к скорости света. Ему также удалось найти отношение заряда к массе для. электрона е/т, которое оказалось очень большой величиной (после уточнения 1,7588-10" Кл/кг). Позднее, после работ Милликена, эта величина была использована для определения массы электрона и, таким образом, были получены его основные характеристики: заряд е= 1,60210-10~19 Кл и масса покоя т = 9,1091-1 б-31 кг.
Полученные Гольдштейиом (1886) каиаловые лучи, также'изученные методом Томсона, оказались потоком атомов, несущих на себе положительные заряды, кратные заряду электрона.
Подробные исследования «каналовых» положительных лучей, проведенные Томсоном, позволили установить различие в массах атомов одного и того же элемента (параболы Томсона). Астон (1919) построил масс-спектрометр, при помощи которого ему уда
* В области инфракрасного излучения были найдены и другие серии (Брэккет, Пфумд и т. д.).
