ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы и соединения. Атомные и молекулярные массы Химические элементы из "Общая химия " Одним из наиболее важных положений химической теории является положение о разделении веществ на два класса — на элементарные вещества и соединения. Такая классификация была осуществлена в 1787 г. французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье (1743—1794) на основании выполненных им за предшествующие 15 лет количественных исследований множества веществ (реагентов и продуктов реакций), участвующих в химических процессах, Лавуазье считал, что соединение — это такое вещество, которое можно разложить на два или большее число других веществ, а элементарное вещество (или элемент) — такое вещество, которое нельзя разложить. В своем Элементарном курсе химии , опубликованном в 1789 г,, Лавуазье перечисляет 33 элемента и среди нцх 10 еще не выделенных в виде простых веществ (но уже известных по своим окислам, сложную природу которых он точно предугадал.) После открытия электрона и атомного ядра определения элементарных веществ и соединений были пересмотрены о том, как это сделано, описано в следующих разделах. [c.85] Вещество, состоящее из атомов, имеющих ядра с одинаковым электрическим зарядом, называется элементом. [c.85] все атомы, имеющие ядра с зарядом - -е (причем каждый атом имеет электрон, нейтрализующий заряд ядра), составляют элемент водород, а все атомы с зарядом ядра +92 составляют элемент уран. [c.85] Элементарным (или простым) веществом называется такое вещество, которое состоит из атомов только одного элемента. [c.85] Соединение — это такое вещество, которое состоит из атомов двух или нескольких различных элементов. Эти атомы двух или нескольких элементов должны присутствовать в определенных числовых соотношениях, поскольку каждо,е соединение имеет вполне определенный состав. [c.85] Электрический заряд ядра атома, выраженный в единицах заряда протона, называется атомным номером данного атома. Обычно атомный номер обозначается символом Z электрический заряд ядра с атомным номером Z равен Ze при заряде протона, равном е, и заряде электрона, равном —е. Следовательно, простейший атом — атом водорода — имеет атомный номер 1 это значит, что для атома водорода Z = 1 такой атом состоит из ядра с электрическим зарядом е и электрона с электрическим зарядом —е. [c.86] Вскоре после открытия электрона как составной части веш ества было признано, что элементам можно приписать атомные номера, показывающие, сколько электронов имеет атом каждого элемента, однако до 1913 г. не было известно, как правильно это сделать. В 1913 г. молодой английский физик Генри Дж. Мозли (1887—1915), работавший в Манчестерском университете, установил, что атомный номер любого элемента можно определить по результатам изучения рентгеновских лучей, испускаемых трубкой с мишенью из этого элемента. За несколько месяцев экспериментальной работы ему удалось точно определить атомные номера многих элементов. Прибор, которым пользовался Мозли, напоминает установку, приведенную на рис. 3.23. Рентгеновская трубка на этом рисунке показана в левой части схемы. Электроны, идущие снизу трубки, ускоряются электрическим потенциалом (в несколько тысяч вольт), приложенным к двум концам трубки, и ударяются о мишень, расположенную примерно в центре трубки. Рентгеновские лучи испускаются атомами этой мишени, когда о мишень ударяются быстро движущиеся электроны. [c.86] Было установлено, что рентгеновские лучи, испускаемые рентгеновской трубкой, дают линии определенной длины волны, характерные для материала мишени, используемой в данной рентгеновской трубке. Мозли измерил длины волн рентгеновского излучения многих элементов и установил, что изменение длины волны происходит вполне закономерно. Длины волн двух главных рентгеновских линий элементов от алюминия до цинка (за исключением газа аргона) приведены на рис. 4.1. [c.86] Закономерность изменения длин волн более наглядно можно показать, если построить диаграмму, на которой значения корней квадратных из обратных величин длин волн двух линий характеристических рентгеновских лучей для различных элементов отложить в определенной последовательности, а именно в последовательности возрастания, атомных номеров этих элементов. На диаграммах такого рода, называемых диаграммами Мозли, точки для любой данной рентгеновской линии ложатся на прямую. Диаграмма Мозли для элементов от алюминия до цинка приведена на рис. 4.2. При помощи такого рода диаграмм Мозли не представляло большого труда установить точные атомные веса элементов (см. соответствующий разд. гл. 5, посвященный теории Бора). [c.86] Все известные элементы имеют два или больше изотопов. В некоторых случаях, например у алюминия, в природе встречается только один изотоп, а остальные изотопы неустойчивы. Из всех элементов наибольшее число устойчивых изотопов имеет олово (10 изотопов). [c.88] Химические свойства всех изотопов любого элемента в основном одинаковы. Эти свойства определяются главным образом атомным номером ядра, а не его массой. [c.88] Слово нуклид используют для обозначения вещества, состоящего из атомов, ядра которых имеют одни и те же значения Z ш А. Нуклиды одного и того же элемента являются изотопами. [c.88] Элементы, расположенные в определенном порядке, в виде периодической таблицы, приведены также на форзаце — внутренней стороне переплета книги — и в табл. 5.3. [c.88] В 1921 г. американский химик У. Д. Харкинс предположил, что ядра состоят из протонов и нейтронов он использовал сло]во нейтрон для обозначения гипотетической частицы с массой, равной массе протона, но не имеющей электрического заряда. Аналогичное предположение в том же году высказал Эрнест Резерфорд. Сробщение об открытии нейтрона появилось лишь в 1932 г. это открытие сделал английский физик Джеймс Чедвик (1891). Два немецких исследователя В. Боте и Г. Беккер в 1930 г. экспериментально установили наличие сильно проницающего излучения, которое возникает при бомбардировке металлического бериллия альфа-частицами, испускаемыми радием. Боте и Беккер считали, что это излучение представляет собой гамма-лучи. Затем Фредерик Жолио (1900—1958) и его жена Ирен Жолио-Кюри (1897—1956) открыли, что излучение от бериллия при прохождении через парафин или другое вещество, содержащее водород, вызывает образование большого числа протонов. Будучи не в состоянии объяснить факт образования протонов под действием гамма-лучей, Чедвик решил выполнить серию экспериментов их результаты позволили установить, что излучение от бериллия в действительности состоит из частиц, не имеющих электрического заряда и обладающих массой, приблизительно равной массе протона. Не имея электрического заряда, нейтроны очень слабо взаимодействуют с другими материальными частицами, за исключением тех случаев, когда они подходят к ним на очень близкое расстояние, не превышающее приблизительно 5 фм (5-10 м). [c.90] Нейтрон обладает массой 1,67470кг, на 0,14% превышающей массу протона. Подобно протону, он имеет спин со спиновым квантовым числом 5 = 2- Хотя нейтрон и не имеет заряда, он обладает магнитным моментом = —3,3137 ядерного магнетона (отрицательный знак свидетельствует о том, что магнитный момент этой частицы соответствует вращению отрицательного заряда). [c.90] Строение ядер в деталях не выяснено, но физики единодушно разделяют мнение, что ядра можно считать состоящими из протонов и нейтронов. [c.90] Рассмотрим вначале в качестве примера дейтрон. Это ядро атома дейтерия. Дейтрон имеет такой же электрический заряд, как и протон, но его масса приблизительно вдвое превышает массу протона. Полагают, что дейтрон состоит из одного протона и одного нейтрона, как показано на рис. 4.3. [c.90] Ядро атома гелия (альфа-частица) имеет электрический заряд, в два раза превышающий заряд протона, и массу приблизительно в четыре раза больше массы протона. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. [c.90] На рис. 4.3 показано также ядро атома кислорода, состоящее из восьми протонов и восьми нейтронов. Масса ядра атома кислорода равна приблизительно 16 единицам массы. [c.90] Вернуться к основной статье