Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Основы общей химии

СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН

Классическая механика Ньютона не пригодна для описания поведения микрообъектов — элементарных частиц, ядер, атомов, молекул, ионов. Эту задачу решает квантовая механика, оперирующая сложными математическими описаниями, которые не приводятся в данном учебном пособии. Здесь будут представлены лишь выводы, необходимые для современных представлений о строении атома, без которых невозможно понять основу химической науки — химическую связь. Если в классической механике физическим явлениям всегда старались придать вид, понятный с помощью жизненного опыта, провести сопоставление с механическими процессами и моделями, то квантовомеханические представления в большинстве своем не укладываются в рамки механистических аналогий. Более того, они зачастую кажутся противоречащими «здравому смыслу». В частности, таковы представления о дуализме (двойственной природе) микрообъектов и соотношении неопределенностей.

Корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов

Исторически сначала сложились представления о дуализме света. С одной стороны, свет можно представить как электромагнитную волну. Это успешно объясняет явления дифракции, интерференции, преломления света. С другой стороны, рассеяние электромагнитного излучения на электронах (эффект Комптона), фотоэффект, давление света можно объяснить, исходя из представления о свете как о потоке частиц (корпускул).

Дуализм является логическим следствием единства энергии и массы в соответствии с уравнением Эйнштейна:

где Е — энергия; т — масса; с — скорость света, 3 • 108 м/с.

Волне присуща определенная энергия, а частице — определенная масса. Масса и энергия есть взаимосвязанные свойства материи. Вещество является дискретным, его количество не может изменяться на величину менее одной составляющей его частицы — молекулы или атома. Вещество корпускулярно. Почему бы в таком случае не быть корпускулярной и волне?

Приравняв правые части уравнений (2.1) и (2.2), получим:

или

Итак, свет может быть описан либо как электромагнитная волна с длиной волны X (2.4), либо как частица с массой т (2.3).

Дуализм не следует понимать буквально, метафизически. Если, например, свет преломляется призмой и попадает затем на фотоэлемент, то это совсем не значит, что он превращается из волны в частицу. Это лишь означает, что в одних явлениях свет описывается уравнениями волновых процессов, а в других — уравнениями движения частиц.

Взаимосвязь между массой и энергией не может быть односторонней. Если свет обладает корпускулярными свойствами, которые приписывались ранее лишь массе, веществу, то можно ожидать, что масса может обладать такими свойствами, которые считались присущими только электромагнитному излучению. Взаимосвязь между волновыми характеристиками и массой микрообъекта была выражена в 1924 г. французским физиком Луи де Бройлем в виде уравнения:

где v — скорость частицы; т — ее масса; X — соответствующая этой массе длина волны.

Энергия «корпускулы света» — кванта — определяется уравнением Планка:

где h — постоянная Планка (6,625 • 10 34 Дж • с); о — частота колебаний; X — длина волны.

Если волновые свойства частицы реальны, то они должны каким- то образом проявляться. Характерными явлениями для волновых процессов являются дифракция и интерференция, наблюдающиеся, например, при прохождении света через дифракционную решетку, которая представляет собой пластину с нанесенными на нее линиями. Расстояние между этими линиями должно быть одного порядка с длиной волны излучения. Для электрона (масса те = 9,1 • 10_31кг), движущегося со скоростью 0,01с = 3,0 • 106 м/с, длина дебройлевской волны имеет порядок размера атомов:

Изготовить дифракционную решетку для такой волны невозможно. Однако ее роль может играть тонкий кристалл, где функцию линий выполняют регулярно расположенные атомы. Дифракционную картину пучка электронов, проходящих через тонкий кристалл, получили в 1927 г. независимо друг от друга К.Д. Дэвиссон и Л.Х. Джер- мер (США), Дж.П. Томсон (Великобритания) и П.С. Тартаковский (СССР). Затем дифракционные явления были обнаружены и для нейтронов. В настоящее время волновые свойства электронов и нейтронов широко применяются для изучения структуры вещества методами электронной микроскопии, электроно- и нейтронографии.

Не исключено, что и макрообъекгам присущи волновые свойства, но они никак не проявляются, так как им соответствует несоизмеримо малая длина волны. Например, какое нам дело до того, что пуле массой 9 г, летящей со скоростью 700 м/с, соответствует длина волны

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы