Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ
- Бұл бет үшін навигация:
- § 201. Массы атомов; изотопы.
| p =
m
1
2 /c 2 = γmv, (200.4)
т. е. отличается множителем γ от выражения для импульса в ньютоновской механике. Из формул (200.2) и (200.4) следует важное соотношение между энергией и импульсом тела: W 2
2 c 2 + m 2 c 4 . В годы формулирования теории относительности многие из ее выводов казались настолько необычными, что к теории от- носились с большим сомнением. Но все предсказания теории относительности нашли подтверждение на опыте. Сейчас теория относительности и ее следствия широко применяются при расче- те ускорителей и ядерных реакторов.
тов по измерению массы положительных ионов. На рис. 352 представлена масс-спектрограмма положительных ионов неона. На спектрограмме четко видны три полоски различной интен- сивности. Сравнивая расстояния от полосок до щели, можно подсчитать, что полоскам А, Б и В соответствуют величины m/e, находящиеся в отношениях 20 : 21 : 22. Появление трех полосок нельзя объяснить различием в за- ряде ионов. Ион неона может нести заряд, не превышающий нескольких элементарных единиц 1 ). О тношение зарядов может 1 ) В § 208 мы узнаем, что атом неона (порядковый номер 10 в системе Менделеева) содержит всего 10 электронов. Однако в условиях газового раз- ряда, происходящего в ионном источнике масс-спектрографа, от атома неона отщепляется чаще всего только один и реже два электрона.
Гл. XXII. Строение атома 471
быть 3 : 2 : 1, но никак не 1 20 : 1 21 : 1 22 ≈ 22 : 21 : 20. Остается принять, что полоски А, Б и В обусловлены ионами, несущими о д и н и т о т ж е з а р я д, но обладающими р а з л и ч н ы м и м а с с а м и, относящимися как 20 : 21 : 22. Атомная масса неона Рис. 352. Масс-спектрограмма неона равна 20,2. Следовательно, среднее значение массы атома неона есть 20,2 а. е. м. Массы же ионов, обусловивших полоски А,
элемент неон представляет собой с м е с ь а т о м о в т р е х т и- п о в, о т л и ч а ю щ и х с я д р у г о т д р у г а п о м а с с е 1 ). Сравнивая интенсивность почернения линий на масс-спектро- грамме, можно найти относительные количества различных ато- мов в природном неоне. Количество атомов неона с массами 20, 21 и 22 относятся как 90 : 0,3 : 9,7. Вычислим среднюю массу атома неона: m ср = 20 · 90 + 21 · 0,3
+ 22 · 9,7 90 + 0,3 + 9,7 = 20,2 а. е. м. Совпадение m ср с атомной массой неона, найденной из опыта, подтверждает представление, согласно которому элемент неон является смесью трех типов атомов. Важно отметить, что про- порция атомов с массами 20, 21 и 22 одна и та же в образцах неона различного происхождения (атмосферный неон, неон из горных пород и т. д.). Пропорция эта не изменяется или изме- няется в очень малой степени при обычных физических и хи- мических процессах: сжижение, испарение, диффузия и т. д. Это доказывает, что три разновидности неона почти тождественны по своим свойствам. Атомы одного и того же элемента, о т л и ч а ю щ и е с я т о л ь к о м а с с о й, носят название изотопов. Все изотопы 1 ) Так как масса электрона очень мала, масса нейтрального атома неона практически равна массе положительного иона неона. 472 Гл. XXII. Строение атома одного и того же элемента тождественны по химическим и очень близки по физическим свойствам 1 ). Наличие изотопов является особенностью не только нео- на. Большинство элементов представляет собой смесь двух или нескольких изотопов. Примеры изотопного состава даны в табл. 11. Т а б л и ц а 11. Изотопный состав некоторых элемента Элемент
Атомная масса (округленная) Изотопы масса (округлен- ная), а. е. м. содержание, % Водород
1 1 99,985 2 0,015
Кислород 16 16 99,76 17 0,04 18 0,20
Хлор 35,5
35 75,5
37 24,5
Уран 238
234 0,006
235 0,720
238 99,274
Как видно из табл. 11, массы изотопов всех элементов выражаются целым числом атомных единиц масс. Смысл этой важной закономерности мы выясним в § 225. Точные измере- ния показывают, что правило целочисленности масс изотопов является п р и б л и ж е н н ы м. Массы изотопов обнаруживают, как правило, небольшие отклонения от целочисленности (во вто- ром–четвертом знаках после запятой). В некоторых задачах эти малые отклонения от целочисленности играют основную роль (см., например, § 226). Для многих целей можно, однако, пользоваться значени- ем массы, округленным до целого числа атомных единиц мас- сы. М а с с а и з о т о п а в а. е. м. (атомная масса), о к р у г- 1 ) В гл. XXIII, XXIV мы познакомимся с некоторыми физическими явлени- ями, в отношении которых свойства изотопов одного и того же элемента могут сильно отличаться. Гл. XXII. Строение атома 473
л е н н а я д о ц е л о г о ч и с л а, н а з ы в а е т с я массовым числом. Выше мы отметили постоянство изотопного состава неона и почти полное совпадение большинства свойств его изотопов. Эти положения справедливы также и для всех остальных эле- ментов, обладающих изотопами. Для обозначения изотопов химический символ соответству- ющего элемента снабжают знаком, указывающим м а с с о в о е ч и с л о изотопа. Так, например, 17 O — изотоп кислорода с мас- совым числом 17, 37 Cl — изотоп хлора с массовым числом 37 и т. д. Иногда внизу указывают еще п о р я д к о в ы й н о м е р элемента в периодической системе Менделеева 16 8
17 8 О, 37 17 Cl и т. д. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|