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.540] Термодинамика классифицировала большой экспериментальный материал на основе трех опытных принципов. [c.540] 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 осуществляются следующие стадии. [c.540] Сначала выясняется, из каких частей состоят исследуемые объекты, затем как расположены эти части и, наконец, по каким законам они движутся. [c.540] С восьмидесятых годов прошлого столетия в физике начался период так называемых электронных явлений. [c.540] В 1881 г. Г. Гельмгольц впервые высказал предположение о существовании атомов электричества — электронов. Г. Гельмгольц рассмотрел молекулярный смысл числа Фарадея. Если разделить соответствующий этому числу заряд грамм-эквивалента на число Авогадро, то должен получиться наименьший заряд одного иона. Так, Г. Гельмгольц впервые оценил заряд электрона. В течение нескольких Десятков лет физики изучали свойства элементарных зарядов. [c.540] Было показано, что заряженные частицы, вылетающие из металла, при воздействии света (фотоэффект) или при нагревании (термоэффект), также являются электронами. [c.541] Милликен определял заряд весьма малых капель, изучая равновесие их в электрическом поле конденсатора. Оказалось, что заряд их равен или превышает величниу, являющуюся наименьшим зарядом (е= 1,602 10 Кл) 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.541] 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 нуклеарыая 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 иа физику ядра и физику электронов. [c.541] 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 враще-цня падающего электрона непрерывно увеличивается. Од- цако атомы стабильны, а спектры их дискретны. [c.541] Мы уже сталкивались при рассмотрении третьею принципа термодинамики (см. гл. IV), и особенно статистической механики (см. гл. XII), с некоторыми положениями квантовой механики и, в частности, с наличием дискретного набора уровней Э11ергии. [c.541] 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.542] В опыте И. Франка и Г. Герца исследовались потери энергии медленных электронов, проходящих через пары ртути (при давлении 1ммрт. ст.). Первоначальная энергия электронов могла непрерывно изменяться в зависимости от потенциала, в котором электроны разгонялись. [c.542] Измерялся ток, идущий от собирающей пластинки к земле. При этом тормозящее поле задерживало электроны, потерявшие скорость в результате столкновений с атомами ртути. Оказалось, что при малой энергии (меньше 4,9 эВ) электроны, вопреки законам классической механики, проходят через пар ртути, практически не теряя энергию. Как только энергия электронов достигает указанной величины (4,9 эВ), электронный ток падает, так как проходящие электроны теряют энергию, возбуждая переход электронов атомов ртути на первый разрешенный уровень. При дальнейшем повышении энергии фиксируется ряд максимумов и минимумов в кривой зависимости тока от потенциала. [c.542] 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.542] действующая на атом, должна зависеть от величины магнитного момента атома и от ориентации этих моментов по отношению к полю. [c.542] 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.542] Формулировка новой механики всегда является трудным и болезненным процессом. Огромный опыт объяснялся законами классической механики. Естественно, что при возннкновении нового опыта, противоречащего известным законам механики, описывающей первичные свойства материи, возникает тенденция подправить механику какими-либо запретами, исключениями, сохранив в основном ее понятие и законы. Такой паллиативной механикой является механика Бора — Зоммерфельда (см. гл. ХИ). [c.542] — кинетическая энергия Лг — целое число Н — постоянная Планка. [c.543] Ранее (см. гл. ХП) была рассмотрена энергия осциллятора по теории Бора — Зоммерфельда и было показапо, 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 Пг в уравнении (XXI.1). [c.543] Вернуться к основной статье