Молекулы

Молекула какого-либо вещества — это наимельчайшая частица этого ве­щества, которая существует в обыч­ных условиях и при этом сохраняет все признаки этого вещества.

Средняя цифра для размера t моле­кулы— порядка 1х10^-9 м. Весьма трудно наблюдать размеры настолько малые, как 10^-9 м. Это означает, что одна тысяча миллионов молекул, по­мещенных рядом, растянется вдоль од­нометровой линейки. Тысячу мил­лионов также почти невозможно пред­ставить. Эта цифра примерно пред­ставляет все население Индии, Ки­тая, США и бывшего СССР.

Молекула может состоять из груп­пы еще более малых частиц, назы­ваемых атомами. Например, молекула водорода (газа) состоит из двух ато­мов водорода, соединенных между собой.

Молекулы могут состоять из одно­го атома, как в инертном газе ар­гоне, из двух одинаковых атомов, соединенных вместе, как в случае с газом кислородом, или же из малой группы атомов, соединенных между собой, как в случае с водой," моле­кула которой состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Очень большие группы атомов тоже могут соединяться друг с другом, об­разуя полимеры, и т. д.

Атомы

Сами атомы по современным пред­ставлениям состоят из трех основных частиц: протонов, нейтронов и элект­ронов. (Существует много других атомных и субатомных частиц, но их рассмотрение выходит за рамки этой книги.) Модель атома можно предста­вить следующим образом: в малень­кой сердцевине атома находится ядро, в котором ядерными силами удержи­ваются протоны и нейтроны; вокруг ядра по своим орбитам вращаются электроны, похожие на планеты, обра­щающиеся вокруг Солнца. Каждый протон несет на себе заряд, равный по модулю электрическому заряду элект­рона, но противоположный по знаку, поскольку электроны несут на себе отрицательные заряды. Нейтроны нейтральны или не заряжены. Части­цы, формирующие ядро, т. е. протоны и нейтроны, известны под общим наз­ванием нуклоны. Масса электрона составляет 9,1х10^-31кг — невероят­но малая масса. Весьма небольшая сила, действующая на электрон, может ускорять его до фантастически высо­ких скоростей. Масса протона почти такая же, как и масса нейтрона, и примерно в 1840 раз больше массы электрона. Таким образом, масса ато­ма практически полностью сконцент­рирована в ядре атома и практически равна массе его нуклонов, т. е. сумме масс нуклонов (протонов и нейтро­нов), которые составляют ядро.

Типичными значениями для диа­метра ядра и диаметра атома явля­ются 10^-14 м и 10^-10 соответст­венно (рис. 1.7), т. е. диаметр атома примерно в 10 000 раз больше диамет­ра ядра. Наименьшим известным ато­мом является атом водорода (рис. 1.8, а); он же является единственным ато­мом, в ядре которого нет нейтронов. Некоторое представление о соотноше­нии размеров ядра и орбиты электрона в атоме водорода дает следующее сравнение: если протон представить по размеру, равным Лондону, то электрон будет вращаться по орбите с радиусом, равным расстоянию от Лондона до Ньюкасла и Парижа при условии, что между этими городами ничего нет. Итак, большая часть объема атома свободна.

В нейтральном атоме должно быть равное число протонов и электронов, так, чтобы электрические заряды взаимно уничтожались. Рисунок 1.8,6 демонстрирует нейтральный атом нат­рия, электроны которого показаны на электронных оболочках. Если нейт­ральный атом теряет электрон, то ос­тальная часть атома, называемая ионом, приобретает положительный заряд. Ион — это любая заряженная частица, обычно состоящая из атома (или группы атомов), который или по­терял, или приобрел один или больше электронов. Электроны, будучи отри­цательно заряженными частицами, сами могут рассматриваться как отри­цательные ионы.

2 вопрос

Постулаты Бора

Первый шаг на пути разрешения противоречий между теорией и результатами эксперимента в физике атома был сделан датским физиком Нильсом Бором (1885-1962). Свои представления об особых свойствах атомов Бор сформулировал в виде постулатов следующего содержания:

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия E_n. В стационарном состояние атом не излучает.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух стационарных состояниях.
hv = E _m - E _n, где h — постоянная Планка.

Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными.

В результате соударения с другим атомом, с заряженной частицей или при поглощении фотона атом может перейти из стационарного состояния с меньшим запасом энергии в стационарное состояние с большим запасом энергии. Из любого возбужденного состояния атом самопроизвольно может переходить в основное состояние; этот переход сопровождается излучением фотонов. Время жизни атомов в возбужденных состояниях обычно не превышает 10^-8 — 10^-7 с.

Основное изменение, внесенное в физику атома постулатами Бора, заключалось в отказе от представлений о непрерывности изменения всех физических величин и в принятии идеи квантования физических величин, которыми описывается внутреннее состояние атома. Вместо непрерывного изменения расстояний между ядром и электроном в атоме оказывается возможным только дискретный ряд значений таких расстояний. Дискретными оказываются возможные значения кинетической и потенциальной энергии электрона в атоме, скорости его движения по круговой орбите.

3 вопрос

Дата добавления: 2015-07-12