> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Эквивалентным весом

Эквивалентным весом

Эквивалентным весом, или эквивалентом 3., называется то количество его, которое соединяется или замещает 1008 частей водорода или 8 частей кислорода. Очевидно, что Э. в общем случае имеет несколько эквивалентных весов; так, у азота эквивалентные веса равны: 14; 7; 4,67; 8,5 и 2,8; у углерода: 3,6 и 12,и так далее Для решения многих практических задач достаточно знание только эквивалентов, но для развития химии необходима была атомистическая химия, а, след., и понятие об атомном весе как единственной количественной характеристике Э., в противоположность эквивалентным весам—в общем случае множественной характеристике.

Уже в 1811 г. была высказана гипотеза, которая давала однозначное решение вопроса о выборе атомного веса Э. из числа эквивалентных весов его; это была гипотеза Авогадро, согласно которой при одинаковых температуре и давлении в равных объёмах различных газов содержится одинаковое число частиц. Гипотеза Авогадро в течение долгого времени не могла войти в обиход химии, так как она оказывается неверной, если под частицами вещества разуметь атомы. Плодотворной она могла стать только после того, как было введено понятие о молекуле и было проведено строгое различие между атомом и молекулой-

Молекулой называется наименьшее количество вещества, которое физически может существовать как специфическое качество и реагировать как таковое. Атомом же называется наименьшее количество 3., входящее в состав молекул его соединений. В качестве весовой единицы атомов и молекул принимается 3/ю часть веса атома кислорода, отсюда атомным весом 3. называется число, показывающее, во сколько раз атом данного 3. тяжелее xhcroU части веса атома кислорода, а молекулярным весом вещества называется число, показываюгцее, во сколько раз молекула данного вещества тяжелее Ч-ой части веса атома кислорода.

Так определенные атомные и молекулярные веса называются относит тельными в отличие от абсолютных, указывающих вес атома или молекулы в граммах (смотрите ниже). Гипотеза Авогадро становится верной, если под частицей разуметь молекулу. Однако, даже после введения в химию понятия о молекуле гипотеза Авогадро не могла занять надлежащего доминирующего положения, то есть не могла сразу превратиться из гипотезы в закон, по двум веским причинам: эта гипотеза не оправдывалась на некоторых отдельных соединениях, подобных хлористому аммонию NH4C1 или пятихлористому фосфору PCI5,и не оправдывалась на простых газообразных веществах, как водород, кислород, хлор, азот и так далее Для потного торжества гипотезы Авогадро необходимо было сделать трудное допущение о молекулах, состоящих из одинаковых атомов, например Н2, Оо, N2,Cla и так далее, что противоречило электрохимическим воззрениям, идущим от Берцелиуса; кроме того, надо было дождаться развития Сен Клер Девиллем учения о диссоциации (смотрите XV11I, 411 сл.). С этого времени гипотеза Авогадро превратилась в основной закон химии, позволяющий во всех тех случаях, когда Э. дает летучие соединения, однозначно определять его атомный вес.

Берем в качестве стандартного газа кислород и принимаем, что его молекула состоит из двух атомов 02 и что, следовательно, его молекулярный вес 32; если мы станем определять плотности других газов и паров по отношению к кислороду, то из закона Авогадро тотчас лее следует основная теорема химии: молекулярный вес М данного соединения равен плотности его пара А по отношению к кислороду, помноженному на 32: М=32А. В прежнее время в качестве стандартного газа брали водород, плотности газов и паров определяли по отношению к воздуху, но перечисляли их в отношении водорода (В); принимая молекулярный вес водорода в первом приближении равным 2, получали, что молекулярный вес соединения М=2В.

Если мы знаем молекулярный вес соединения и его количественный состав, то всегда сможем рассчитать относителъные количества Э., входящие в молекулу данного вещества. Напр.. плотность метана Д=0,501, следовательно его М~ 16,033; в метане на 1,008 ч. Н приходится 3 ч. углерода, отсюда в молекулярном количестве его (16,032) содержится 4,032 ч. Н и 12 ч. углерода. Аналогичные расчеты показывают, что в молекулярных количествах этилена содержится 4,032 ч. Н и 24 ч. С, а в случае бензола 6,048 ч. Н и 72 ч. С. Исследование большого числа углеродистых соединений показало, что наименьшее количество углерода, входящее в состав их молекул, равно 12, след, атомный вес углерода 12.

Таким образом количественный анализ соединений данного Э. дает его эквивалентные веса в разных соединениях; для того чтобы от эквивалентоврительяо знать атомный вес их, затем этот закон неприложим к легким Э. и, наконец, ряд Э. или не был известен в виде простых веществ, или не мог быть получен в виде достаточно чистых простых веществ.

Закон изоморфизма сыграл исторически важную роль. Тот факт, что соли серной и хромовой кислоты изоморфны, привел к исправлению формул окислов хрома, железа и др. Э., а вследствие этого и к более правильному определению атомных весов их еще задолго до использования для этой цели закона Авогадро.

Окончательную роль в правильном установлении атомных весов Э. сыграл периодический закон Менделеева и основанная на этом законе таблица Э-До этих пор мы говорили об относиперейти к атомному весу Э., главней-! тельных шей количественной характеристике его, надо определить плотность паров его соединений и, опираясь на закон Авогадро, вычислить молекулярные их веса; анализ полученных данных позволяет однозначно определить искомый атомный вес.

Однако, не все Э. образуют летучие соединения, удобные для точного определения их плотностей. В этих случаях исторически пришлось воспользоваться другими законами, чтобы от эквивалентов перейти к атомному весу.

Таких законов три: закон Дюлонга и Пти (смотрите XIX, 849), закон изоморфизма Митчерлиха (смотрите XXV, 613 сл.) и периодический закон Д. И. Менделеева (см.

XXXI, 586 сл.). Так как произведение из атомного веса на теплоемкость простого вещества есть величина приблизительно постоянная, равная в среднем 6,4, то путем деления этого числа на теплоемкость простого вещества мы найдем приблизительное значение атомного веса, которое покажет нам отношение атомного веса к эквивалентам; а так как это отношение должно быть целым числом, то, округлив найденное значение отношения и умножив j моментов, из которых укажем на три. его на точное значение эквивалента, В трех парах (аргон и калий, кобальт мы найдем точный атомный вес иско-1 и никкель, теллур и иод) Э. следуют мого Э. Этот путь сыграл скромную друг за другом в порядке убывания роль в истории по трем причинам: для атомных весов, между тем как всяатомных весах, что лее касается абсолютных атомных весов, то только в XX столетии ряд физических и физикохимических методов привел к точным определениям их (шшр., опыты Перрена; сантиметров .растворы. XXXV, 670). Оказалось, что единица атомных и молекулярных весов=Vlt: Беса атома кислорода, в абсолютных Бесах весит 1,6490 1СР24г, атом водорода (Н=1,0078) — 1,662 10“24, атом гелия (Не=4,00216) — 6,5994 10~21. Абсолютные веса других Э. мы можем вычислить умножением веса 1/1в О на атомный вес Э.

4. Периодическая система Э. и изотопы. В статье периодическая система (смотрите XXXI, 586/96) указана история открытия этой системы, ее классификационная ценность и ее роль в правильном установлении атомных весов ряда известных Э. и даже в предсказаниях новых Э. и их свойств. Там же приведена самая таблица Э. в том виде, какой ей окончательно дал Д. И. Менделеев. Несмотря на все достоикства этой таблицы, в ней мы находим ряд ставящих нас втупиксамого установления закона Дюлонгатаблица построена на идее расположеи Пти надо было для ряда Э. предва- ния Э. по возрастающим атомным весам. Далее, группа Э. редких земель (лантаяидов, то есть Э., следующих за La до Та) совершенно не укладывалась в систему Э.; эта трудность сказалась на построении таблицы (саг. XXXI, 589/90), где показаны только La, Се и Yb и вставлен пустой 9-й ряд. Наконец, необъясненным оставался факт попадания совершенно отличных Э. в одну и ту же группу, как, например, марганца в группу галоидов, меди, сере-; бра и золота в группу щелочных ме- таялов, и вообще факт различия меж-! ду четными и нечетными рядами. Все j эти моменты делали то, что, несмотря : на все положительные стороны пери- j одической системы Э., многие крупней- j пше ученые в лучшем случае смотре-; ли на эту систему не как „на закон | природы в строгом смысле слова“, а1 как на „принцип классификации чего- i то не вполне определенного“ (Оствальд,! 1900). Нужно было развитие новых глав : физики и химии для того, чтобы убедиться в том, что периодический закон Д. И. Менделеева есть „закон природы в строгом смысле слова14. Такими новы- j ми главами явились учения о радио- j активности, об изотопии и о строении j атома.

Изучение радиоактивности привело 1 к открытью целого ряда (около 40) i новых радиоактивных Э., располагаю-1 щихся по своим атомным весам и; химическим свойствам между евин- j цом (207, 22) и ураном (23S, 17), то есть | около 40 Э. приходится на 11 клеток, из которых 4 заняты были известными | У.: Pb, Bi, Th и U. Одновременно вы- i ленилось, что эти радиоэлементы могут j быть разбиты на группы (плеяды),j характеризующиеся тем, что члены j одной и той же группы обладают тож- j дественными химическими свойствами! и, если они находятся в смеси, то ни- i какими химическими путями не могут; быть разделены; их разделение про-! исходит только самопроизвольно в; силу различной продолжительности их : жизни. Примерами могут служить! ториевый и радиевый свинцы, радий и; мезоторий 1, торий и ионий (смотрите радио- активность). Содди (смотрите XL VIII, при л.; совр. деят. пауки, 20) предложил поме-; стить радиоэлементы с тождественны-; ми химическими свойствами в одну и

ту же клетку периодической системы и назвать члены одной и той же группы изотопами (с греч., „занимающие одно и то же место44). Изотопы радиоэлементов могут различаться атомными ! весами, а так как химически они не-; отделимы, то смесь их ведет себя как единый химический Э. Если каждый из Э. обладает атомным весом, выражаемым целым числом, то смесь их может иметь атомный вес, заметно, уклоняющийся от целого числа. Отсюда рождается мысль, не являются ли смесями изотопов и обыкновенные Э., по крайней мере те, атохмные веса которых не выражаются целыми числами.

Путем изучения каналовых лучей Астону (смотрите XLVIII, прил. совр. деятели науки, 18) и Демастеру удалось дать вполне положительный ответ на этот вопрос. Каналовые лучи получаются в разрядных трубках в направлении, обратном направлению катодных лучей, и через каналы в катоде могут быть направлены в пространство позади катода; каналовые лучи состоят из быстро движущихся положительно заряженных газовых частиц (атомов, радикалов, молекул). В приборе Астона положительные лучи, пройдя через продырявленный катод, направляются через щели 8г и (рисунок 1), откуда в виде пучка параллельно идупщх частиц попадают в электрическое поле

Рисунок 1.

между пластинками Pi и Р<,. Пусть е— заряд частицы, т — ее масса, а г — скорость; частицы каналовых лучей обладают различными значениями отношения ejm и различными скоростями, а поэтому они различно отклоняются в электрическом поле. Так, группа частиц с определенными значениями ejm и V меняет свое направление SZ в новое направление ZOA. Выйдя из электрического поля, лучи попадают

-Л

i“V

у//

I ф $

«емтт“

в магнитное поле между двумя дискообразными полюсными якорями 0; направление магнитного поля таково, что направление отклонения лучей противоположно отклонению в электрическом поле, но в то время как в последнем отклонение пропорционально ejmv% в магнитном поле оно пропорционально ejmv, в результате чего ча- мов стицы, разделенные электриче- - ..; „

ским полем, собираются вновь магнитным полем, но так, что на фотографической пластинке GF сходятся вместе частицы с одинаковым значением е / т (например, на рисунке точка F). Частицы с различными значениями ejm оставляют нагота-стинкеразрознен-ные следы (рисунок 2).

Мерой значений ejm являются следы известных атомов и молекул, например 0S, О, СО,

С03 и так далее Получаемые этим способом следы разных частиц называются „спектрами масс“,а еамыйпри-бор Астона—масс-спектрографом.

Для Э., не образующих газообразных соединений, применяется другой прибор (Демпстер); нелетучие вещества наносятся на анод трубки, особо устроенный, и затем или сильно нагреваются электрическим путем, или подвергаются „обстрелу“ катодными лучами; в остальном идея способа— прежняя.

В настоящее время изучено подавляющее большинство Э„ причем оказалось, что многие из них действительно представляют собою смеси изотопов; в прилагаемой таблице I приведены результаты опытов к 1931 г. Таким образом нецелочисленность атомных весов многих Э. находит себе объясне-1 ние в явлении изотопии.

В связи с - этими явлениями возникает вопрос, должны ли мы называть Э. каждый изотоп, или же 0. является сущность плеяды изотопов. Исходя из химической точки зрения, более верным будет второе положение; изотопы суть разновидности Э.; Э. же делим на чистые, состоящие из ато-только одной разновидности, иде > V «НИ;

> л» » $итат

ттмтл

i-umw а

г &

штттт. К

it if №Xr

Рисунок 2.

смешанные, состоящие из атомов нескольких разновидностей.

I. Таблица атомных весов

Название Элемента	о as J	за 1 £ « < С £	Порядковое число	Изотопы
! Азот. . . .	N	14,008	7 !	14, 15
i Актиний. .. ;		—	89	2271 228
\| Алюминий. . 1	А!	26.97 1	13	27
г Аргон. .. . !	А	i 39,944 !	18	40, 20
I Барни. .. . !	Ва	1 127,::г,	50	138. ПЗС}
!Бериллий. .. ;	Be	! 9,02 \|	4	9
! Бор.:	В	i 10,83	5 i	11. 10
: Бром:	В г	! 79,916	25	79. Н1
\| Ванадий ;	V	! 50,95	23	51
\| Висмут. .. I	Bi .	209,00 !	83	209, 21 и 211 212- 214
; Водород. . .	Н	1,0078	1	1

Цнры с относятся к радиоактивным изстшам.

Название Элемент	Символ 1	Атомный ! вес	! M i £ - jcai!	Изотопы
Вольфрам,. .	W	1R4.0	74 I	i i 1 184е
Гадолиний. .	Gd	157,3	! Cl
Галлий	Ga	69,72	i 31 j	69, 71
Гафний	Hf	178,6	j i	—
Гелий	Не	4.002	i 2	4
Германий. . .	Ge	72,60	; 22	74, 72, 70, 73, 75, 76, 71, 77
Гольмий. . .	Но	163,5	j 67
Диспрозий. .	Dy	162,46	{ Go	—
Европий. . .	Ей	152,0	j 63	—
Железо	Fe	55,S4	2G	56, 64
Золото	Au	197,2	j 79	—
Иллиний (е). .	И	61		—
Индий	In	114.8	49	115
Иод	J	326,932	i 53	127
Иридий	Ir	3 93,1	1 77 I
Ипербий. . .	Yb	173,5	I 70 ;
Иттрнй	Y	88 92	! 39 \|	8У
Кадмий	Cd	112,41	‘ 4.S, 114,112, It0,113, i i in, не
Калий	К	39,10	! 19 j	39, 41®
Кальций. . .	Ca	40, OS	! 20 1	40, 44
Кислород. . .	0	16,too	8 1	1C, 18, 17
Кобальт. . .	Co	58,94	27	59
Кремний. . .	Si	28,06	! 14	28, 29, 30
Криптон. . .	Kr	82,9	\| 36	84. 81, 82. S3. SO, 78
Ксенон	Xe	130,2	! 54	129, 332, 331, 134. 136,130, 128,124. 326
Лантан	La i	i 138.90	1 57	139 i
Литий	Li j	l 6,940	з !	7, 6 \|
Лютеций. . .	Lu	175,0	i 71 I	; 175е
Магний	Mg	24,82	! 12	1 24, 25, 26
Мазурий. . .	Ma	—	i 43
Марганец.. .	Mn	54.93	25	55
Медь	Cu	63.57	! 29	63, 65
Молибден. . .	Mo	96,0	1 42	92, 94. 95, 96, 97, 08, 100
Мышьяк. . -	As	i 74,93	j 33	75
Натрий	Na	j 22.997	! 11	23
Неодим	Nd	j 144,27	i 00 1	j 146. 344, 142, (115)
Неон		i 20.183	; 10	20, 22, 21
Никкель. . .	Ni	i 58,69	\| 2$	58, GO
Ниобий Нитон (эмана	Nb	! 93.3	; 41	—
ция радия) .	Nt	—	1 86	23 Q 220® 222®
Олово	Sn	118,70	! 50	120,118, 116, 124. 119,117,122,121, 112, 114,115
Осмий	Оз	1 190,8	; 76	— .
Палладий. . .	Pd	! 106,7	! 46	—
Платина. . .	Pt	! 195,23	i 78	—
Полоний. . .	Po j	; 2io I	: 84	210 211®, 212“, 214“; 215“, 216®, 218
Празеодим. .	Pr	! 140,92	! 59	141
Протоактшшй.	1 Pa	; _	1 91	231 234
Радий	j Ra	i 225,97	; 88	1228®, 223®, 224“, ! 228®
Рений	Be	l 386.31	1 75	j
Родий	Kh	\| 302.91	> 45	—
Ртуть	Hg	! 200.61 !	80	202,200. 199, 198. i 1.96, 201, 204
Рубидий. . .	Rb	85,44	57	j 85, 87
Рутений. . .	Ru	i 101,7	i -4	I _
Самарий. . .	Sin	j 150,43	i 62	; —
Свинец	Pb i	! 207,22	! 82	i206,207,208,2-9е, j 210 211®, 212 ; 214

1 , i!

Название Элемента		Символ	Атомный; вес	Порядко- j вое число i	Изотопы
Селен. . .		i Se	j 79,2	! 34	1 30, 78, 76. 82 77, 74
Сера		: S	32.06	16	32, 34. 33
Серебро. . .		: Ag	170.S80	47 ;	, 107, 109
Скандий. .		t Sc.	45.10	21	45
Стронции. .		Sr	87,63	3s;	88, 86
Сурьма. . .		; sb	121.76	51	121, 123
Таллий. . .		T1	204,39	81	204, 207 208 210®
Тантал. . .	\|	Та	1S1,4	73 i	_
Теллур. . .		1 Те	12 .5	52 \|	128, 130, 126
Тербий. . .		Tb	159,2	65 !	_
Титан. . .		Ti	47,90	22 1	48. 50
Торий. . .		Th ;	232,12	90;	232“, 227®, 228 230 234®
					232“, 227®, 228 230 234®
Тулий. . .		Tu	169,4	69 i
Углерод. .		c	; i2.oo	6 !	12, 13
Уран		Ur	i 238,14	92 1	f 238®, 234
Фосфор. . .		P	! 31,02	15 j	i 31
Фтор		F	15,00	9	19
Хлор	\|	Cl	85457	17	35, 37
Хром		Or	52,01	24	52, 58, 50, 54
Цезий. . .		Cs	132,81	55	133
Церий. . .		Ce	140,13 1 65,88	58	140, 142
			140,13 1 65,88
Цинк		Zn	30	64, 66, 68, 67 65, 70, 69
Цирконий. .		1 Zr	\| 91,22	40	1 90, 94, 92, (96
Эрбий		i Er	j 167,64	68	1 164 ДО Кб

Глпний := алюминий Колумбнй — ниобий

Глиций=бериллий Туигстек =вольфрам Кассиопий=лютеций

Первые исследования Астона показали, что атомные веса изотопов цело-численны, последние же исследования с новопостроенным масс-спектрографом большей силы отчетливо дали определенные уклонения от целых чисел; о смысле этих уклонений мы будем говорить ниже. Заметим, что в настоящее время найден еще один способ нахождения изотопов и определения с исключительною точностью отношения масс изотопов данного Э>; этот способ состоит в анализе вибрационных спектров молекул; так, разные атомы хлора С135 и С137 могут образовать разные молекулы хлора СП (изотопные молекулы Cl35, Cl35, Cl85. Cl37, С137, С1в7); в полосатом спектре полосы, обязанные своим существованием вибрациям атомных ядер, получают расщепление, из величины которого можно вычислить отношения масс изотопов. Таким путем были подтверждены изотопы, найденные раньше масс-спектрографом,

Цифры в относятся к радиоактивным н;>отопам. Цифры с относятся к радиоактивным изотопам.

и открыты новые редкие изотопы, например изотопы кислорода О17 и О18, углерода С13, азота N15, хлора С138 и,

наконец, водорода Н1, Н2, И3, Наиболее важным является открытие изотопов кислорода, стандартного 9.; к счастью, количественно примеси изотопов О17 и О18 очень малы, аименно—01С:017:018—1G0Q0: 1:8, что, впрочем, требует дополнительных опре-делений. След., если мы примем О16— 16,0000, то атомный вес обычного кислорода 16,0017 (по Меку даже 16,0035). В дальнейшем мы будем принимать в учении об атоме (но не в химии) за единицу атомных весов У36 часть веса изотопа О16.

Изотопы различаются атомным весом; различий между свойствами изотопов и их соединений можно ожидать только в случае тех свойств, которые являются функциями атомного веса; в тесной связи е этим стоит вопрос о разделении изотопов. В многочисленных опытах более чем десятью способами (фракционированная перекристаллизация, действие центробежной силы, диффузия, перегонка и так далее) в лучшем случае удалось достигнуть весьма незначительного обогащения, пока, наконец, Герцу не удалось сконструировать остроумный прибор для диффузии газов через пористые трубки; этим путем ему удалось разделить изотопы неона.

Полное разделение удалось также и в случае водорода; изотопы НхиН2 сильно разнятся по своему атомному весу (1 и 2), что облегчает разделение их методом испарения жидкого водорода или путем электролиза воды, в остатке которого остается так называемая тяжелая вода HgO; изотоп Н2 получил отдельное название дейто-на (D2=Н2).

Весьма существенный факт, что смешанные Э., независимо от географического нахождения, геологического и даже космического (метеориты) происхождения исходных веществ и способа выделения и анализа Э., всегда при самых точных опытах показывают один и тот же атомный вес. Исключениесоставляет один только свинец, который в зависимости от происхождения (обыкновенный и два радиоактивного происхождения) обладает различными атомными весами. Но обыкновенный свинец, независимо от происхождения, всегда дает один и тот же атомный вес. Этот факт говорит против предположения, что обыкновенные Э. являются конечными продуктами распада радиоактивных Э., более тяжелых, чем уран, и распавшихся еще в период временя до отвердения Земли. Почти математического точного смешения изотопов нельзя себе представить в системах, подобных туманностям и огненножидким небесным телам; гораздо вероятнее предположение, что синтез Э. во вселенной идет так, что образуются одновременно изотопы в определенных соотношениях (смотрите ниже).

5. Порядковое число. Веще-ства, будучи подвергнуты действию катодных или рентгеновых лучей, испускают рентгеновы лучи, которые могут быть разложены в спектры, характерные для Э., составляющих данное вещество; характеристический рентгеновский спектр Э. проще его оптического спектра я состоит из отдельных групп линий; группы обозначаются буквами К, L, И и N, линии же в группе обозначаются греческими буквами (например Кл, La, L и так далее). Длины волн однородных лучей в каждой группе уменьшаются с ростом атомного веса Э.; так, линия для

Na равна 11,8836×Ю “~8, а для W - 0,21352 X10“8. Мозли (смотрите XLYIIL прил. деятели науки, 17), систематически изучивший рентгеновские спектры различных Э., открыл замечательный закон, носящий его имя (смотрите спектральный анализ, XLI, ч. 4, 66/69). Если мы обозначим через×—длину волны, через а — постоянную, через - — порядковое (целое) число, то для однородных лучей разных Э. закон

Мозли имеет вид: --у (Z— 1) причем для водорода Z=1, а для гелия Z=z2; таким образом, каждый элемент получает свой номер Z, называемый чаще порядковым числом его. Уравнение Мозли может быть переписано

Г р у

П П U

о и е м е

H T О В

Оцфи

III

IV j

П |

VIII

(0)

Водород

1,0078

_____1

Гелий

4,002

Литий

6,940

Бериллий

9,02

Бор

10,82

о;

Углерод

12,00

7 ;

Азот

14,008 ]

КнСЛОрОД ;

о !

1 1б,ооо

Фтор 19,00,

Неон

20,183

III

Натрий

На

22,1197

Магний

Ид

24,32

Алюминий

26,97

Кремний

28,06 j

Фосфорр

31,02

1 16 l7 ! j Сера 1 Хлор i ! s Cl j j 32,06 j 85,457

Аргон

39,944

Калийк

89,10 ;

| Кальций j I Са 1 40,08

! 21 S Скандий ! Sc

45,10

22 j

Титан Ti ! 47,90

Ванадий

50,96

24 j

Хром j Cr j 52,01 j

25 j

Марганец, Mn 51,98

Железо

55,84 ;

Кобальт ‘ Co

58,94

28 j

! Никкель N1

| 58,69

I 6 i

Медь

Си

1 68,57

Ципк

65,33

: 31

Галлий

69,72

32 Германии; Ge

72,60 |

Мышьяк

74,93

34 1 Солен ! Se 79,2

! 35

! Бром Br

j 79,916

! 36

! Криптон ! Kr

j 82,9

1 8

Рубидий

85,44

Стронций

87,63

Иттрий

88,92

Цирконий

91,22

Ниобий

93,3

Молибден

96,0

Мазурий

Рутении

101,7

Родит

102,91

Палладий

106,7

Серебро

Ад

107,880

Кадмийса

112,41

Индий

114,8

Олово

118,70

Сурьма

121,76

Теллур ! Те I 127,5

1 j

Иод

j 126,932

Ксенон

180,2

Элементы химические.

Продолжение таблицы Д, M, Менделеева.

Периоды

з L.

Г Р у и IV |

II ы

V !

Э и е м е

т о в

VIII

(0)

3 ! I i < 1

VII

! 1 55 I

57-71

76 !

77 j

Црзий !

Парии

Элементы

Гафний

Тантал

Вольфрам

Рений

Осмпй j

Иридий

Платина

s; Cs

редких

Та

Os !

Ip j

i 132.81

187,36

земель

178,0

181,4

184,0

186,31

190.8 i

193,1

195,23

79 i

Полото 1

Ртуть

Талли “i

Свинец

НиСМУТ

Полоний

Питон

J 1 Au

Ро

! .107.2

200,61

204,3 У

2-<7,22

209,00

210

222

| 87 j

Рид Й

Акт»гий

Топнй Протоактиний

Уран

Ао

Ра

! i

826,97

232,12

2.18,14

H м e

ш и 0

о о и е о б

р я у

у Ю Щ И 1

0 к и с и ы

j t

K2n :

КО

| RA

j па, !

КаОд

! ко.

Кэ07

11 Ы 0 in H «

r a

8 О 0 6 р

а а и ы в

в 0

Д 0 р 0 д и

[ м с

с о <

д и и .»

H u я

j RH j

НН3

№

КН

Э и е

менты р о д к

их з е

ель

57. Лантан La. . .

62. Самарий Sm .

67. Гольмий Но. .

58. Цер и Ce. . .

63 Европий Еи .

68. Эрбий Ег. . .

59. Празеодим Pr .

64. Гадолиний Qd

157,8

69. Тулии Ти. . .

60. Неодим Nd. . .

65. Тербий Tb.

70. Иттербий !Ь. .

. . 179.5

61. Иллинии (1 (i) .

66. Диспрозий Dy

71. Лютеций Lu. .

. . 175.0

(Кассиопей Ср)

483 Элементы химические.

так: Z=1 +

а>;

если обозначимчерез х, то Z=1 +

х, еле-

V -гдовательно, порядковое число есть линейная функция от яе, то есть от квадратного корня из величины, обратнойдлине волны (у~). Таким образом,

длины волн в характеристическом рентгеновом спектре Э. не являются периодической функцией ни от атомного веса, ни от порядкового числа их (из других свойств непериодической функцией является теплоемкость). Ло-

Рисунок 3.

рядковое число свойственно Э., но не изотопам.

Закон Мозли, дающий однозначный ответ о порядковом числе Э., решает ряд крупнейших проблем химии, в том числе вопрос об окончательном установлении периодической системы Э. В таблице Д. И. Менделеева (смотрите XXXI, 589/90) незнание общего числа Э. редких земель привело к неполным 8, 9 и 10 рядам, чем и была нарушена стройность системы. Закон Мозли показал, что порядковый номер бария 56, а тантала 73, след, между барием и тано2 ы

№

талом может быть только 16 Э. Этот же закон доказал правильность всей конструкций периодической системы

Э., правильность расстановки А. К, Со, Ni, Те и J, законность попадания Мп в группу галоидов и так далее На основании закона Мозли можно придать системе Э. окончательный вид (таблица на стр. 431/34). Пользуясь рентгеноспек-трограммами, было показано, что химией действительно не были открыты Э. с порядковыми числами 43, 61, 72, 75, 85 и 87.

Рисунок 3 показывает, как правильно смещаются однородные линии (а, р, у группы L) рентгеновского спектра с изменением порядкового числа Э.; здесь же легко увидеть по ненормальному смещению этих линий, что между золотом; и таллием нехватает одного Э. (ртути). Рентгеновский спектр-и закон Мозли являются наиболее совершенным средством к открытью новых Э.; так были открыты Э. мазурий (43), иллиний <: (61) (е), гафний (72), pelf1 ний (75).

ь По закону Мозли в ука-

[ ; РЬ занной выше форме в еи-

I, | стеме Э. нет места таким

’ Э., как короний, небулий

, ] и геокороний, существова-

J j , ние которых предполага-

| В/ лось на основании наличия особых линий в спектрах солнечной короны, некоторых звезд и северного сияния. В настоящее время известно (Боуэн), что эти линии принадлежат обычным Э.: кислороду, азоту, аргону, атомы которых находятся в особом состоянии возбуждения.

Закон Мозли доказал правильност ь периодической системы Э. с многими ее особенностями, но не может, конечно, объяснить эти особенности; последняя задача в значительной степени решена теорией атома.

6. Теория атома и химические Э. (смотрите электронная теория)· Со времени открытия спектрального анализа стало ясным, что атом непростой комочек вещества, а что он обладает сложной структурой. Сложность спектров и их „мистическая“ арифметика долгое время были совершенно недоступны дтя объяснений; только развитие электронной теории, учения о радио активности и учения о квантах энергии впервые в руках Н. Бора (1913; см. XLVIII, прил, деятели пауки, 13) дали ключ к пониманию спектров, а через них и__ к строению атомов {см. XLI, ч. 4, 70 сл.). Центральной идеей для теории атома является вывод Рэзер-форда (смотрите) из опытов прохождения а-частяц (иона Не ++) через различ-ныевещества: вещество атома главным образом сосредоточено в черезвычайно малом объёме в виде ядра, несущего положительные заряды; вокруг ядра имеются отрицательно заряженные Э. с ничтожной массой, но своими зарядами уравновешивающие заряд ядра так, что в целом атом нейтрален. Теория Дж. Дж. Томсона (смотрите), по которой положительный заряд атома распределен по сфере, внутри которой находятся электроны в определенной конфигурации, не выдержала опытной проверки и должна была уступить место идее Рэзерфорда (смотрите электронная теория, L1I, 198 сл.). Возможно двоякое использование этой идеи: статическое (Штарк, Льюис, Лакгмюир) и динамическое (Н. Бор). С первой точки зрения электроны, расположенные вокруг ядра, неподвижны, в лучшем случае испытывают колебания; какими силами они удерживаются от падения на ядро, неизвестно; существование таких сил теория постулирует. Статическая теория атома смогла качественно объяснить ряд химических свойств

Э., но даже и для качественного объяснения она оказалась слишком громоздкой и вследствие этого очень мало плодотворной; с точки зрения количественного учета она оказалась непригодной и в химии и в физике. Динамическая теория Н, Бора исходит из допущения, что электроны движутся вокруг ядра на подобие планет, обращающихся вокруг Солнца. Однако, электрон, как заряженное тело, при вращении должен терять энергию и раньше или позже упасть на ядро.

Бор постулирует, что в атоме есть ряд определенных орбит, двигаясь по которым электрон не теряет энергии, а след, может двигаться вечно. Такие орбиты называются квантованными и вычисляются на основании теории квант (смотрите энергия), Электрон излучает или поглощает энергию при перескоках с одной квантованной орбиты на другую. Количественный учет энергии, освобождающейся при таких перескоках электрона, дает ключ к пониманию спектров; расшифровка спектров— огромнейшая заслуга теории Бора. В первоначальной теории электронные орбиты предполагались круговыми, радиус квантованных кругов №

а :

где h—квант действия (6,55 - Ш“2Т эрг. сек), р.—приведенная масса ядра ( Мт

и электрона ( р.=jj- х т b ~~массаядра, га—масса электрона, Z— порядковое число элемента, п—г и а в и о е квантовое число, могущее бытьтолько целым числом 1, 2, 3,____

Зоммерфельд расширил теорию Бора, введя эллиптические орбиты, вместе с тем появилось новое, побочное или азимутальное квантовое число к. Эллипс характеризуется большой и малой полуосями; выраже -ние для большой оси получилось тождественным с выражением для радиуса круговой орбиты Бора, выражение же для малой полуоеи имеет вид:

ь=Wznk;

из свойств эллипса вытекает, что к не может быть нулем или быть больше и, следовательно к=1, 2, 3, п. Таким образом, мы получаем группы орбит в зависимости от значений и и к, обозначаемые символом и k. При п=1, к=1 возможна только одна круговая орбита 1х; при п=2 возможны орбиты: 2х-~эллиптическая и 22—круговая; при и — 3 возможны орбиты 3, и 32—эллиптические и Зд—круговая, ибо при п=кг α= Ь, и так далее Рисунок 4 показывает ряд первых возможных орбит электрона по теории Зоммерфельда.

Оказалось, однако, что энергия ! электрона зависит по этой теориитолько от главного квантового числа и и не зависит от значения к, а так как свойства атома определяются энергиями электронов, то очевидно, что введение эллиптических орбит и нового квантового числа не продвигает нас дальше первой теории Бора. Положение изменяется, если мы учтем то, что электрон движется с огромной скоростью и в случае эллиптической орбиты — с непостоянной скоростью; в области афелия он движется медленнее, нежели в области перигелия

Рисунок 4.

следов., масса электрона непостоянна если Wq—масса покоющёгося эле к; трона, г—скорость электрона, с—скорость света, то масса движущегося

Wf.