Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
При этом происходит обратное перемещение в системе Менделеева вправо на один номер (правило сдвига).
Поток излучаемой при радиоактивном распаде радия энергии неоднороден, и его можно разделить электрическим или магнитным полем по методу Томсона. На рис. 6 показан препарат радия, помещенный в изолирующую свинцовую ампулу с тонким отверстием, через которое выходит излучение. Это общее излучение, попадая в конденсатор, разделяется в нем на три части: у-дучи не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полем, (З-лучи отклоняются к положительной пластине конденсатора очень сильно, а а-лу-чи отклоняются немного к отрицательной пластине конденсатора,
30
так как отношение заряда к массе у них значительно меньше, чем у электронов.
Таким образом, процесс.радиоактивного распада радия сопровождается выделением энергии в виде потока и-чаетиц (88,8%), потока (3-частиц (4,5%) и у-излучения (6,7%). Общее выделение энергии при радиоактивном излучении 1 г радия в 1 ч составляет около 580 Дж. Из общего излучения радия можно отобрать и исследовать а- или (3-частицы — электроны или у-лучи, представляющие собой еще более жесткое излучение, чем рентгеновское, и обладающее очень высокой проникающей способностью (гамма-дефектоскопия металлов).
Пропуская через слой вещества (фольга) поток сх-частиц и измеряя отклонения отдельных частиц после прохождения* через фольгу, Резерфорд (1911) доказал наличие в атоме атомного ядра, в котором сосредоточены практически вся масса атома (99,97%) и весь положительный заряд, так как отклонять а-частицу, несущую положительный заряд, могли только положительно заряженные частицы в атомах.
Измеряя интенсивность потока а-частиц до и после прохождения через фольгу, Резерфорд установил, что положительно заряженная масса сосредоточена в очень малой части всего объема атома. Принципиальная схема опыта приведена на рис. 7.
Математическая обработка результатов эксперимента очень сложна, но в конечном итоге приводит к уравнению
где Р — доля отклоненных частиц на угол <р; N число атомов на I см2; 1 — порядковый помер металла фольги; е — заряд электрона; Т — кинетическая энергия ц-частицы.
Дальнейшие работы Резерфорда дали возможность определить радиус атомного ядра и его заряд. Резерфорд первый наблюдал ядерную реакцию превращения атома N в изотоп кислорода.
Развитая Максом Планком (1900) квантовая теория излучения рассматривала лучистую энергию как поток определенных пор
Фотапластинна
РИС. (). ДЄЇКТІИІЄ -Ш'КТрИЧССКОГО ПОЛЯ
на излучение радии
Рис. 7. Рассеяние а-частиц и опытах Резерфорда
31
ций энергии, величина которых зависит от частоты колебаний V (или X — длины волны):
где е — величина кванта энергии (Дж); V — частота колебаний (с~!); Н — постоянная Планка 6,6261 • 10~34 Дж-с (СИ).
Таким образом, в начале XX в. был накоплен обширный экспериментальный материал и назрела необходимость обобщения всех полученных наукой данных и создания теории строения атома.
2.4. ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА ВОДОРОДА НИЛЬСА БОРА
В 1913 г. датский физик Нильс Бор предложил теорию строения атома водорода, встретившую в кругах физиков чрезвычайно острую реакцию. Дело в том, что законы классической электродинамики оказались неприменимыми для решения задачи о поведении электрона в атоме и Бор впервые сформулировал законы квантовой механики, основанной на квантовой теории излучения энергии Макса Планка.
Принимая ядерную модель атома водорода по Резерфорду, Бор постулирует следующие положения (постулаты Бора):
1. Существуют состояния атома водорода, при которых возможно движение электрона относительно ядра без выделения или поглощения энергии.
2. При переходе из одного такого состояния в другое атом излучает или поглощает квант энергии.
Первый постулат Бора противоречит классической электродинамике, согласно которой движущийся по криволинейной траектории электрон должен был бы всегда излучать энергию и упасть на ядро. Первый постулат Бора выполним лишь при условии дискретного изменения момента импульса электрона, математически выражаемого уравнением
где К — постоянная Планка; п — главное квантовое число, которое принимает любое значение в натуральном ряду чисел я = 1,2,3, 4, ... ; ср — угол вращения радиуса-вектора; г — радиус вращения; р = ти— импульс электрона, где т — масса электрона, а и — его скорость.
Знак § — интеграл по контуру, суммирующий все изменения подынтегрального выражения при изменении угла ср от 0 до 2л.
Это условие Бор решил для самого простого случая, исходя из предложений, что: 1) масса ядра настолько больше массы электрона, что ядро можно считать неподвижным, 2) радиус вращения электрона постоянный (круговая орбита). Решая уравнение (2.10) для этих условий, получаем
(2.9)
§ рйгйц) = пк,
(2.10)
туг = пп/2п; п = 1, 2, 3, 4... ;
(2.11)
32
3) центробежная сила, развиваемая при вращении электрона, равна силе притяжения его ядром (Э. Резерфорд):
ти2/г = ге2/г\ (2.12)
где 1 — порядковый номер (для водорода 2=1); е — заряд электрона.
Решая совместно уравнения (2.11) и (2.12), можно рассчитать ряд величин, характеризующих атом. Скорость вращения электрона
