ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Уравнение дингера из "Физическая химия" Во введении к книге указывалось, что с учением о строении атомов и молекул связана третья группа методов физической химии. [c.421] Термодинамика классифицировала большой экспериментальный материал на основе трех опытных принципов. [c.421] Статистическая механика вскрыла механизм процессов и позволила свести термические (теплота, теплоемкость и др.), термодинамические (энтропия, свободная энергия и др.) и кинетические (коэффициенты диффузии, вязкости и др.) характеристики к микроскопическим (радиусы молекул, частоты колебаний, энергии связей и др.). Однако эти микроскопические характеристики не являются первичными и могут быть сведены к характеристикам элементарных частиц, из которых состоят атомы и молекулы. При решении подобных задач обычно осуш,ествляются следующие стадии. [c.421] Сначала выясняется, из каких частей состоят исследуемые объекты, затем, как расположены эти части и, наконец, по каким законам они движутся. [c.421] С восьмидесятых годов прошлого столетия в физике начался период так называемых электронных явлений. [c.421] Милликен определял заряд весьма малых капель, изучая равновесие их в электрическом поле конденсатора. Оказалось, что заряд их равен или превышает величину, являющуюся наименьшим зарядом (е = 4,8Ы0 СО8Е), и кратен ей. Измерение отношения заряда к массе ионов в разрядных трубках показало, что носители положительного заряда всегда имеют массу, значительно превышающую массу электрона. Оказалось, что наименьшей массой среди положительных ионов обладает протон. Среди носителей отрицательного заряда выделяется электрон, масса которого в 1839 раз меньше массы протона. [c.422] Для выяснения важного вопроса о том, как расположены составные части атома, Э. Резерфорд изучал рассеяние веществом потока а-частиц (положительно заряженные частицы) — одного из радиоактивных излучений. Характер отклонения а-частиц от своего пути при прохождении через вещество показывал наличие сосредоточенных положительных зарядов в его объеме. Так возникла нуклеарная модель атома, согласно которой электроны вращаются вокруг малого ядра, где сосредоточен положительный заряд. Опыты Э. Резерфорда позволили оценить заряд и радиус ядер. После этих опытов физика атома разделилась на физику ядра и физику электронов. [c.422] Уже первое рассмотрение нуклеарной модели показало, что электроны не подчиняются законам классической механики. Действительно, периодическое движение (вращение) заряженной частицы должно приводить к излучению. Следовательно, электрон должен, быстро теряя энергию, упасть на ядро, испустив при этом излучение, характеризующееся непрерывным спектром, так как частота вращения падающего электрона непрерывно увеличивается. Однако атомы стабильны, а спектры их дискретны. [c.422] Дискретность энергий и вообще состояний проявляется не только в спектрах, но и во многих свойствах электронов и всех микрочастиц. Остановимся на двух классических опытах. [c.422] В опыте И. Франка и Г. Герца исследовались потери энергии медленных электронов, проходящих через пары ртути (при давлении около 1 мм рт. ст.). Первоначальная энергия электронов могла непрерывно изменяться в зависимости от потенциала, в котором электроны разгонялись. [c.422] В опыте У. Штерна и В. Герлаха пучок атомов проходил в неоднородном магнитном поле. В однородном поле имеет место ориентация магнитных моментов атомов, в неоднородном должно происходить движение атомов в направлении градиента поля. Это направление перпендикулярно направлению движения атомов, поэтому магнитное поле должно вызывать отклонение пучка. [c.423] действующая на атом, должна зависеть от величины магнитного момента атома и от ориентации этих моментов по отношению к полю. [c.423] По законам классической механики возможны все ориентации момента. Однако опыт показал, что пучок атомов расщепляется на несколько пучков. Это означает, что возможны не все, а только определенные значения угла между направлением поля и магнитного момента атома. [c.423] Формулировка новой механики всегда является трудным и болезненным процессом. Огромный опыт объяснялся законами классической механики. Естественно, что при возникновении нового опыта, противоречащего известным законам механики, описывающей первичные свойства материи, возникает тенденция подправить механику какими-либо запретами, исключениями, сохранив в основном ее понятия и законы. Такой паллиативной механикой является механика Бора—Зоммерфельда, о которой уже шла речь ранее (см. гл. ХИ). [c.423] Ранее (см. гл. XII) была рассмотрена энергия осциллятора по теории Бора—Зоммерфельда и было показано, что следствием уравнения (XX.1) является дискретный спектр энергии, что привело к формулам Планка для излучения абсолютно черного тела, а Эйнштейна и Дебая — для теплоемкости. Теория Бора — Зоммерфельда позволила объяснить основные черты спектра атомов. Линейность спектров являлась следствием дискретности энергий, а квантовые числа оказались непосредственно связанными с числами П в уравнении (XX. 1). [c.424] Однако многочисленные противоречия между теорией и опытом и невозможность охватить целые области опыта (например, молекулы) показали, что паллиативная механика Бора—Зоммерфельда не является адекватным выражением свойств микрочастиц. Требовалась ломка основных понятий, а не отбор некоторых орбит в качестве разрешенных. Такими основными понятиями, на которых базировалась физика XIX в., были понятия частицы и волны. Каждому этому понятию соответствовал определенный математический формализм. Любое сложное явление сводилось и математически описывалось на основе этих элементарных понятий. Частица — это сосредоточение веш,ества в некоторой части пространства, поэтому прежде всего она характеризуется координатой и импульсом. Законы движения частицы определяются уравнениями Ньютона. Волна в отличие от частицы описывает некоторый распределенный в пространстве и зависящий от времени периодический процесс. Таким периодическим процессом является, например, распространяющийся в некоторой среде звук или свет. [c.424] Ф — отклонение колеблющейся величины и — скорость распространения колебаний. [c.424] В случае упругих колебаний (р — отклонение частиц упругого тела от положения равновесия. В случае электромагнитного колебания ф описывает величины проекций векторов электрического и магнитного напряжений. [c.424] К началу XX в. сложилось уверенное представление об областях применения понятий частицы и волны. Различные тела (электрон, молекула, планеты) описывались на основе представлений о частицах, свет и звук — на основе понятий волны. [c.425] Однако в XX в. на многочисленных примерах физики убедились, что одно и то же образование может вести себя в разных опытах и как волна, и как частица. [c.425] Вернуться к основной статье