ВУЗ:
Составители:
нам известно положение и скорость частицы в какой-то момент времени, то мы абсолютно точно можем пред-
сказать положение этой частицы в любой другой момент времени. В квантовой механике действует принцип
неопределенности, и мы не можем точно знать одновременно положение и скорость частицы в какой-то момент
времени, а тем более говорить о положении и скорости ее в последующие времена. Мы можем говорить о веро-
ятности нахождения частицы в той или другой точке пространства. В классической механике тела имеют стро-
го определенную форму и размеры. В квантовой механике нельзя говорить об определенных размерах и формах
частиц, так как они имеют волновую природу. Так, электрон нельзя представлять, как шарик. Такие наглядные
модели не годятся в квантовой механике. Электрон "размазан" в пространстве подобно "облаку" отрицательно-
го электричества. Квантовая механика позволяет найти форму и размеры такого облака. Квантовая механика
утверждает, что в атоме нет пустого пространства, следовательно, его нет и во Вселенной. По существу, возро-
ждает Аристотелевский взгляд на Вселенную, не имеющую пустоты, но только на качественно новом уровне.
Квантовая механика не только успешно решила задачу атома водорода, но и многоэлектронных атомов. В тео-
рии атома Бора было одно главное квантовое число π, ответственное за полную энергию атома. В квантовой
механике в дополнение к главному квантовому числу добавляются еще три квантовых числа. Орбитальное
квантовое число
l, магнитное квантовое число m и спиновое квантовое число m
s
, которое могло принимать два
значения (
2
1
+
и
2
1
−
). Для объяснения возможных конфигураций электронов в многоэлектронных атомах
Вольфганг Паули (1900 – 1958) сформулировал принцип, который сейчас носит его имя. Согласно этому прин-
ципу в атоме не могут находиться два электрона в одном состоянии, т.е. два электрона в одном квантовом со-
стоянии не могут иметь одинаковый набор квантовых чисел. Открытие принципа Паули дало ключ к понима-
нию периодической системы элементов Менделеева.
11. АТОМНОЕ ЯДРО
11.1. Открытие масс-спектроскопии
Томсон, автор открытия электрона, элементарной отрицательно заряженной частицы, в 1906 г. обратился к
экспериментам с положительно заряженными частицами. Объектом его исследований стали лучи, открытые в
1885 г. Гольдштейном. Катодные лучи, представляющие собой поток электронов, двигаются от катода к аноду
газоразрядной трубки. Гольдштейн, используя катод с высверленным в нем каналом, обнаружил лучи, устрем-
лявшиеся от анода через этот канал за катод. Он назвал эти лучи каналовыми. Томсон считал это название не-
удачным, и предложил называть их лучами положительного электричества, так как они были положительно
заряженными. Установка, с которой Томсон начал исследования положительного электричества, представляла
собой газоразрядную трубку с плоским экраном. Узкий пучок этих лучей пропускался между двумя латунными
пластинками. В пространстве между ними создавались электрическое и магнитное поля, перпендикулярные
пластинкам. На экране трубки Томсон наблюдал следы лучей в виде частей парабол, поэтому его метод изуче-
ния этих лучей назвали методом парабол. Вскоре Томсон нашел, что удобнее исследовать параболы на фото-
графических пластинках. На фотопластинках Томсон смог увидеть параболы, соответствующие различным га-
зам. Этот метод давал возможность определить состав газов, находящихся в разрядной трубке, и стал мощным
средством химического анализа. Изучая фотографии парабол некоторых газов, Томсон, наряду с другими пара-
болами, увидел яркую параболу неона с атомной массой 20. Рядом с этой параболой всегда обнаруживалась
парабола с атомной массой 22. Так как ни один из известных элементов не имел такую атомную массу, то Том-
сон заключил: "…мы имеем дело с новым элементом". Он еще не предполагал, что химический элемент может
иметь изотопы. Возможность существования изотопов у атомов была предсказана Содди в 1913 г. Ученик Том-
сона Френсис Астон (1877 – 1945) попытался отделить этот "новый" элемент от неона, но безуспешно. В 1919 г.
Астон вернулся к этим попыткам и в результате изобрел новый прибор – масс-спектрограф, и открыл еще изо-
топы некоторых других элементов. Открытие изотопов, более раннее открытие радиоактивности говорило о
сложном строении ядра атома.
11.2 Искусственная ядерная реакция
В 1919 г. Резерфорд в Кавендишской лаборатории открывает искусственное расщепление ядра. Он бом-
бардировал α-частицами атомы азота. В результате он наблюдал, что из бомбардируемого вещества вылетали
лучи с очень длинным пробегом, гораздо более длинным, чем пробег бомбардирующих α-лучей. Резерфорд
выяснил, что в результате бомбардировки атомы азота распадаются. Это первая искусственная ядерная реакция.
Резерфорд высказал также предположение, что ядра водорода представляют собой составную часть ядер ато-
мов. Впоследствии Резерфорд предложил термин "протон" для этой составной части ядер. На основании своих
экспериментов по расщеплению ядра азота и на основании гипотезы Марии Склодовской-Кюри о том, что в
состав атомного ядра входят электроны, Резерфорд высказывает гипотезу о существовании нейтрона и тяжело-
го изотопа водорода.
11.3. Открытие нейтрона
Нейтрон, тяжелая частица с массой, равной примерно массе протона, и не имеющая заряда, была открыта
английским ученым Чэдвиком (1891 – 1974). В 1932 г. он изучал излучение бериллия, подвергаемого бомбар-
дировке α-лучами. Объясняя это излучение на основе законов сохранения, Чэдвик заключил, что "излучаемая
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- …
- следующая ›
- последняя »
