2С3Н6 + 902 = 6С02 + 6Н20.

Согласно уравнению, количество 02 в 9/2 раз превосходит

количество СэНе, поэтому по закону Авогадро для сжигания

6 л СзНв требуется в 4,5 раза больше 02, т.е. 27 л. Поскольку объемная доля 02 в воздухе равна 20%, то необход имый объ¬

ем воздуха равен 27/0,2 = 135 л.

Ответ. 135 л воздуха.

ГЛАВА 2. Строение атома и периодический закон

Открытие частиц, составляющих атом, и исследование

интересных страниц истории науки. Знание электронного и ядерного строения атомов позволило провести исключитель¬ но полезную систематизацию химических факторов, что об¬

легчило понимание и изучение химии.

§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома

Первые указания о сложном строении атома были полу¬

чены при изучении процессов прохождения электрического тока через жидкости. Опыты выдающегося английского уче¬

ного М.Фарадея в тридцатых годах XIX в. навели на мысль

о том, что электричество существует в виде отдельных еди¬ ничных зарядов.

Величины этих единичных зарядов электричества были

определены в более поздних экспериментах по пропусканию

электрического тока через газы (опыты с так называемыми

катодными лучами). Было установлено, что катодные лучи

это поток отрицательно заряженных частиц, которые по¬

лучили названия электронов.

Прямым доказательством сложности строения атома бы¬ ло открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью. В дальнейшем вы¬ яснилось, что этой способностью обладает не только уран.

Последовавшее за этим установление природы а-, Р-, у- лу¬

чей, образующихся при радиоактивном распаде (Э.Резерфорд, 1899-1903 гг.), открытие ядер атомов (Э.Резерфорд, 1909-1911 гг.), определение заряда электрона

19

(Р.Милликен, 1909 г.) позволили Э.Резерфорду в 1911 г.

предложить одну из первых моделей строения атома.

§ 2.2. Модели строения атома

Модель Резерфорда. Суть планетарной модели строения

атома (Э.Резерфорд, 1911 г.) можно свести к следующим

утверждениям:

1. В центре атома находится положительно заряженное

ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.

2.Весь положительный заряд и почти вся масса атома со¬

средоточены в его ядре (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.).

3.Вокруг ядра вращаются электроны. Их число равно по¬

ложительному заряду ядра.

Эта модель оказалась очень наглядной и полезной для объяснения многих экспериментальных данных, но она сразу

обнаружила и свои недостатки. В частности, электрон, дви¬ гаясь вокруг ядра с ускорением (на него действует центро¬

стремительная сила), должен был бы, согласно электромаг¬

нитной теории, непрерывно излучать энергию. Это привело бы к тому, что электрон должен был бы двигаться вокруг яд¬

ра по спирали и в конце концов упасть на него. Никаких до¬

казательств того, что атомы непрерывно исчезают, не было,

отсюда следовало, что модель Резерфорда в чем-то ошибоч¬

на.

Теория Бора, В 1913 г. датский физик Н.Бор предложил

свою теорию строения атома. При этом Бор не отбрасывал

полностью старые представления о строении атома: как и Ре¬

зерфорд, он считал, что электроны двигаются вокруг ядра подобно планетам, движущимся вокруг солнца. Однако к

этому времени Дж.Франк и Г.Герц (1912 г.) доказали дис¬

кретность энергии электрона в атоме, что позволило Бору

положить в основу новой теории два необычных предполо¬

жения (постулата):

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по произ-

вольнъш, а только по строго определенным (стационарным)

круговым орбитам. Радиус орбиты г и скорость электрона v

связаны квантовым соотношением Бора:

20

2. При движении по этим орбитам электрон не излучает и

не поглощает энергии.

Таким образом, Бор предположил, что электрон в атоме

не подчиняется законам классической физики. Согласно Бору,

излучение или поглощение энергии определяется переходом из одного состояния, например с энергией Eh в другое с

энергией Е2, что соответствует переходу электрона с одной стационарной орбиты на другую. При таком переходе излу¬

чается или поглощается энергия ДЕ, величина которой опре¬

деляется соотношением

Бор, используя уравнение (2.2), рассчитал частоты линий

спектра атома водорода, которые очень хорошо согласовыва¬

лись с экспериментальными значениями, но было обнаруже¬

но также и то, что для других атомов эта теория не давала

удовлетворительных результатов.

Квантовая теория строения атома. В последующие годы некоторые положения теории Бора были переосмыслены и дополнены. Наиболее существенным нововведением явилось понятие об электронном облаке, которое пришло

понятию об электроне только как частице.

сменила квантовая теория, которая учитывает

свойства электрона и других элементарных частиц, обра¬

зующих атом. В 1920 г. Э.Резерфорд открыл протон, а в 1932

г. Дж.Чедвшс нейтрон (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1. Свойства элементарных частиц, образующих атом

В основе современной теории строения атома лежат сле¬

дующие основные положения:

1.Электрон имеет двойственную (корпускулярно¬

волновую) природу. Он может вести себя и как частица, и как волна: подобно частице, электрон обладает определенной

21

массой и зарядом; в то же время, движущийся электрон про¬ являет волновые свойства, например характеризуется спо¬

собностью к дифракции. Длина волны электрона X и его ско¬

рость v связаны соотношением де Бройля:

где т масса электрона.

2. Для электрона невозможно одновременно точно изме¬

рить координату и скорость. Чем точнее мы измеряем ско¬ рость, тем больше неопределенность в координате и наобо¬

3. Электрон в атоме не движется по определенным траек¬ ториям, а может находиться в любой части околоядерного

пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Пространство во¬

круг ядра, в котором вероятность нахождения электрона до¬

статочно велика, называют орбиталью.

4. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее

название нуклоны). Число протонов в ядре равно поряд¬

ковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтро¬

нов соответствует его массовому числу.

Различные виды атомов имеют общее название нукли¬

ды. Нуклиды достаточно характеризовать любыми двумя

число нейтронов в ядре. Эти параметры связаны между собой соотношениями:

Нуклиды с одинаковым Z, но различными А и N, назы¬

вают изотопами.

Сформулированные выше положения составляют суть но¬

вой теории, описывающей движение микрочастиц, кван¬ товой механики. Наибольший вклад в развитие этой теории

внесли француз Л. де Бройль, немец В.Гейзенберг, австриец Э.Шредингер, англичанин П.Дирак.

22