Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
Относительная распространенность различных изотопов данного элемента одна и та же в любом месте земной поверхности. Это экспериментально установленный факт. С практической точки зрения различные изотопы данного элемента имеют одни и те же химические свойства, поэтому разделить изотопы химическими методами невозможно.
5. Записывая уравнение химической реакции, химик использует символы, например: Н — водород, Li — литий, Fe — железо и т. д. для обозначения существующих в природе химических элементов, которые могут быть, а могут и не быть смесью изотопов. Однако с точки зрения ядерной физики изотопы кислорода с массовыми числами 16 и 18 являются совершенно различными объектами, и когда мы пишем их обозначения в ядерных реакциях, то должны иметь возможность различать эти изотопы. Для этого служат верхние и нижние индексы, с помощью которых изотоп обычно изображают так:
^(химический символ) или А (химический символ).
Природный кислород есть смесь трех стабильных изотопов, а именно 160, 1Т0 и 180. Из них основной компонентой является изотоп 1G0. Его относительная распространенность равна 99,759%.
6. Физики и химики давно пришли к соглашению о новой шкале атомных масс, основанной на массе изотопа углерода 12С. Атому (не ядру!) этого изотопа приписана масса, точно равная 12 атомным единицам массы (сокращенно 12 а. е. м.) . Таким образом,
1 а. е. м. = ^(масса атома 12С) = 1,66• 10“24 г. (6а)
Постоянная Авогадро N0 определяется как число атомов в 12 г изотопически чистого 12С. Это число и приведено в табл. 2А.
В новой шкале атомная масса природного кислорода1' равна 15,9994, что очень близко к числу 16, т. е. к атомной массе кислорода в старой химической шкале. Для многих практических целей различием атомных масс в новой и старой шкалах можно пренебречь.
*) Существование различных изотопов химических элементов было впервые установлено Дж. Дж. Томсоном (Thomson J. J. Rays of Positive Electricity.— Proc. Roy. Soc., London, Ser. A, 1913, v. 89, p. 1).
54
7. Постоянная Авогадро N0 является звеном, которое связывает микро- и макрофизику. Рассмотрим несколько важных физических величин, включающих N0, и на их примере продемонстрируем эту связь.
1) Масса протона равна 1,0073 а. е. м., а масса нейтрального атома водорода (изотоп ХН) равна 1,0078 а. е. м. Произведение постоянной Авогадро No на массу протона Мр равно, таким образом,
N0M р — 1,0073 г/мол ь. (7 а)
При грубых вычислениях мы можем считать, что
(масса протона) ж (масса атома водорода) » (1 /Л/0) г. (7Ь)
2) Произведение N0 на постоянную Больцмана дает универсальную газовую постоянную R:
N0k = R— 8,314¦ 107 эрг/(моль• К) =
= 1,986 кал/(моль• К). (7с)
Таким образом, постоянная Больцмана является газовой постоянной, приходящейся на одну молекулу.
3) Произведение N0 на заряд электрона дает постоянную Фарадея F:]
AV=F=96 487 Кл/моль. (7d)
Эта величина равна полному заряду, который переносится одним молем однократно заряженных ионов.
8. Обратимся теперь к постоянной Планка. Ее можно встретить в двух обозначениях, а именно h и % (табл. 2А). (Символ % читается: «h перечеркнутое».) Обе постоянные называются постоянными Планка и встречаются одинаково часто. Впрочем, нам больше нравится %: с этой константой удобнее работать. Причина появления двух постоянных Планка в том, что писать А проще, чем выписывать множитель 2я, возникающий во многих формулах. По той же причине существуют две «частоты» — круговая частота и циклическая частота (или просто частота).
В этой книге мы обозначаем через v частоту, равную числу повторений периодического явления за единицу времени. Эта частота измеряется числом циклов за единицу времени и выражается в герцах (Гц). Угловую скорость мы обозначаем буквой со и измеряем
ее числом радиан за единицу времени (рад/с).
Частота 'и угловая скорость связаны соотношением
а>=2лд\ (8а)
откуда следует, что
%(a = hv. (8Ь)
55
Оба выражения определяют энергию фотона с частотой v. Заметим, что величину оэ обычно тоже называют частотой или круговой частотой и выражают в секундах в минус первой степени (с-1).
Для длины волны используются соответствующие обозначения. Истинная длина волны представляет собой период периодического явления в пространстве и обозначается буквой X. Из длины волны % можно образовать/величину К:
(8с)
Для монохроматической волны, распространяющейся со скоростью с,
kv-h®—с. (8d)
Читатель должен запомнить эти повсюду принятые обозначения.
9. Длина волны часто выражается в обратных величинах,
