Санкт-петербургского государственного университета высшее профессиональное образование т. А. Степанова, И. Ю. Ступина

helping him to accomplish this in an informal fashion is to cncouragc him to 
acquire for his own collcction a core of rcfcrcncc books. A great number of 
undergraduates as well as graduate students arc not aware of the wealth of 
information  available  in  basic  rcfcrcncc  tools  such  as  dictionaries  and 
handbooks, simply bccausc they arc not in the habit of regularly consulting 
them.  By owing a number of these relatively inexpensive reference tools, 
the student will have a great deal of information at his fingertips, and through 
constant use of it will develop good library habits which will not only benefit 
him  throughout  his  professional  career  but  also  reduce  his  tendency  to 
memorize material which he can readily obtain from these books.
Text 3 
Infrared Spectroscopy
Infrared spectroscopy resembles Raman spectroscopy in that it provides 
information on the vibrational and rotational energy levels of a species, but 
it differs from the latter technique in that it is based on studying the light 
transmitted through a medium after absorption, and not that scattered by it.
The techniques of Raman and IR spectroscopy arc generally considered 
complementary in the gas and solid phases bccausc some of the spccics 
under  study  may  reveal  themselves  in  only  one  o f the  techniques. 
Nevertheless, it must be stressed that Raman scattering is not affected by 
the aqueous medium, whereas strong absorption in the infrared shown by 
water proves to be a troublesome interfering factor in the study of aqueous 
solutions by the IR method.
Text 4 
Nuclear Magnetic Resonance
The nuclei of atoms can be likened  in some respccts to. elementary 
magnets.  In  a  strong  magnetic  field,  the  different orientations that  the 
elementary  magnets  assume  correspond  to  different  energies.  Thus, 
transitions of the nuclear magnets between these different energy levels 
correspond to different frcqucncics of radiation in the short-wave, radio- 
frequency range. Hence, if an electrolytic solution is placcd in a strong 
magnetic  field and an  oscillating  clcctromagnctic  field  is  applied,  the 
nuclear  magnets  exchange  energy  (exhibit  resonant  absorption)  when 
the  incident  frequency equals that for the transitions of nuclei between 
various levels.
Were this NMR to depend only on the nuclei of the spccics present in 
the solution, the technique would be without point for the identification of 
spccics in a solution. But the nuclei sense the applied field as modified by 
the environment of the nuclei. The modification is almost exclusively due 
to the nuclei and electrons  in the neighbourhood of the sensing nucleus, 
i. c., due to the adjacent atoms and bonds. Thus, NMR studies can be used
236

lo provide information on the type of association between an  ion and its 
environmental particles, c. g., on ion-solvent interactions or ion association.
Text 5 
Gold
Perhaps no other metal has played such an important part in the destiny 
of man as gold has. For centuries, it has stood as a barometer of wealth 
and nobility. To secure it, men have fought, suffered and died. Countries 
have been  founded  through  the  search  for  it;  kingdoms  have  been  lost 
bccausc of it.
Why?
Well,  wc  can  supply  three  reasons.  Value.  Beauty.  Pcrmancncc. 
Obviously, there is a limited supply  of the metal available which increases 
its value. The fact that it is usually found  free  in nature makes it easy to 
mine — if you can find it. That it is attractive, wc cannot deny. There arc 
very few people who do not appreciate the warm, shining yellow beauty 
of gold.  (Wc  would  greatly  appreciate  having  some.)  And,  finally,  its 
appcarancc is quite permanent. Aluminium bccomcs dull, iron rusts, coppcr 
corrodes, silver tarnishes, but gold remains the same. (Although, it must 
be dusted occasionally.)
Despite our glowing words above, metallic gold has very few practical 
uses. It is really a metal to be looked at, not to be used, about its only use 
at present  is  in  the  manufacture o f jewellery.  And  even  then  it  must  be 
alloyed with other metals, usually coppcr or silver, as it is too soft to be 
used in the pure state.
Gold is  inactive and  is  not attacked by oxygen  or ordinary acids.  It 
docs, however, react readily with chlorinc to form gold (auric) chloride, 
AuClj. Thus, wc can dissolve it  in aqua regia or chlorinc water, both o f 
which supply chlorinc.
It is owing to its remarkable properties that gold as well as platinum 
arc  increasingly  used  in  some  fields  where  particular  accuracy  and 
reliability arc needed.
Text 6 
Actinium
Radioactive transition metal o f Group III. Atomic number 89. Symbol 
Ac. All isotopes arc radioactive; atomic weight tables list the atomic weight 
as [227], the mass number of the most stable isotope.
Actinium is exclusively tripositivc and resembles the tripositivc rare 
earth elements in its chcmical properties. It forms insoluble compounds of 
the same type as the lanthanide elements, such as the fluoride and oxalate. 
The hydroxide is also insoluble. The similarities to the lanthanides appear 
in the crystallization of double salts, such as, for example, with magnesium
237

nitrate,  where  actinium  follows  the  lanthanides  and  is  very  difficult  to 
separate from them.  Differences  from the lanthanides are to be  found in 
the extent to which complex ions arc formed, actinium being, in general, 
less easily subject to  complex  ion  formation  than  any of the lanthanide 
elements. This is presumably related to the basic or clcctropositivc charactcr 
of actinium,  a consequence of its laigcr ionic radius, and  it appears that 
actinium is more basic than even lanthanum. Actinium goes with cerium 
group  of rare  earths  in  those  separations  in  which  the  yttrium  group  is 
separated with the help of complcxing agents. The succcssful separation 
of the  lanthanide elements  from  each  other by use of the  ion exchange 
resins is also applicable to the separation of actinium from the lanthanide 
elements and the heavier tripositivc actinide elements.
Except  for the  sulphide,  the  compounds o f actinium  arc  colourless. 
All  of the pure  compounds o f actinium  which  have been  prepared and 
whose structures have been determined arc isostuctural with the analogous 
lanthanide and actinide compounds and in each the actinium is tripositivc. 
In  addition  to  the  solid  halides  and  oxyhalidcs,  a  number  o f other 
compounds such as scsquioxidc, sulphide, phosphate, oxalate, and a double 
salt with potassium sulphate have been prepared.
Text 7 
Radiation Effects on Polymers
Radiation exerts two opposing effects on polymers. On the one hand, 
it breaks up the polymer molcculcs  into smaller picccs.  On the other,  it 
causes  liberation  of a  hydrogen  atom  from  each  of the  two  adjoining 
molcculcs  with  formation  o f a  link  between  the  two  molcculcs  (cross- 
linking).  The  existence  of cross-links  in  a  polymer makes  the  material 
tougher and higher melting and is very desirable for certain applications.
The  cross-linking o f polymers by  radiation  has been  much  studied. 
The irradiation of any organic compounds results in breaking ofCH bonds, 
leaving free bonds on the carbon atoms while the hydrogen atoms go off* 
together in pairs to form hydrogen gas. In a liquid the resulting free radicals 
can diffuse as a whole through the solution and eventually meet together 
and combinc. In a solid polymer it is not dear how these centers get together. 
One proposed mechanism  is that a hydrogen  atom  from a neighbouring 
carbon  will pop  into  the vacatcd hydrogen  spacc, producing a  new free 
bond on the atom adjaccnt to the original free bond position. This proccss 
will continue, with the free bond flowing up and down the chain, until the 
free bond happens to find itself next to a free bond formed on the adjaccnt 
molecule which is likewise travelling up and down. Another mechanism, 
possible  perhaps  only  with  amorphous  polymer,  is  that  the  long-chain 
molcculcs as a whole may move with respect to one another until the free 
bonds find themselves in proximity.
Whatever  the  mechanism  of cross-linking  may  be,  the  result  is  of 
commercial value.
238

Text 8
Л Metal that Doesn’t Sink
A  little  plate of greyish  metal  was  as  light  as  a  chip  o f wood  and 
didn’t  sink  in  water.  It  was  a  sample  of a  magncsium-lithium  alloy 
developed at the A. Baikov Metallurgy Institute of the USSR Academy 
of Scicnccs.
Silver-white magnesium is lighter than aluminium and superior to  it 
in heat capacity and in its capability to act as the main component of various 
structural materials. It is, in fact,  1.5 times lighter than aluminium and 4.S 
times lighter than iron. It doesn’t give off sparks from friction or on being 
struck,  and  is  easy  to  work  and  weld  with,  electrically  or  using  gas. 
Magnesium is also one of the most widespread metals. Its resources arc 
dozens of times higher than those of nickcl, zinc, and lead.
As for lithium, the third clement on the Mendeleyev periodic table, it is 
the lightest of all metals. Everything new and unusual appearing today in 
metallurgy, chcmistry, and power-engineering is to a large extent conncctcd 
with lithium. Scientists, engineers and inventors  placc great hopes on it.
According to expert opinion, there is much more lithium in the earth’s 
crust than, say, zinc or tin,  130 times more than cadmium and  160 more 
than antimony. Another interesting fact: over the past 25 years alone, the 
production of lithium metal in the West has increased 100-fold. Obviously, 
there is no shortage of lithium in the world.
The  installation  used  to  producc  magncsium-lithium  alloys  is  an 
elcctrically-hcatcd crucible. After definite proportions of magnesium and 
lithium  foundry pigs arc put  into  it,  the crucible  is  hermetically scaled 
and all  air pumped  out  of it.  Then  the crucible  chamber  is  filled  with 
argon, an inert gas. Melting, pouring and cooling arc all done in an airless 
medium.
The new alloys will be widely used in these branches of engineering 
where lightweight metals arc required to producc machine parts, equipment, 
instruments, and household articles.
Text 9 
Insulator Itarns into Superconductor
Having  used  ultrahigh  pressures  and  critically  low  temperatures, 
scientists  at  the  Institute  of High  Pressures  of the  USSR  Academy  of 
Scicnccs have managed to cffcct such a unique transformation as converting 
a sulphur insulator into a superconductor...
Superconductivity, at which a conductor completely lacks resistance 
to  elcctric  currcnt,  was  discovered  more  than  70  years  ago.  This 
phenomenon occurs at temperatures around -273°C.
Present-day  electronic,  clcctrotcchnical  apparatuses,  instruments  and 
machines  have  been  developed,  operating  on  superconductors  under
239

conditions of low temperatures.  Among them arc radio-receiving dcviccs 
for detecting weak signals arriving from the depths of outer spacc, highly 
cfTicicnt powerful, and yet small, current generators, transformers and cablcs.
The  equipment  that  uses  superconductors  is  expensive  and  is  not 
available for users at large. That is why scientists arc looking for materials 
which would bccomc superconducting at a temperature of, for example, 
liquid  hydrogen, which  is -252°C, or liquid  nitrogen,  which  is -196°C. 
Sulphur has been quite unexpectedly  found among  the superconducting 
materials.
The main unit of this installation is a high-pressure chamber. It contains 
two  anvils  of synthetic  polycrystallinc  diamond,  “carbonado”  or  black 
diamond. The surfacc of one anvil is flat, whereas the other one is shaped 
as a cone. When comprcsscd, the anvil point develops a pressure of half a 
million  atmospheres!  Under  such  conditions  sulphur  converts  to  a 
“metallic” formation. “Metallic sulphur”, cooled by liquid helium, acquires 
superconducting properties at a temperature of-269°C.
Experiments arc being continued and have so  far yielded  interesting 
results.  Sulphur  has  increased  the  temperature  o f covcrsion  into  a 
superconducting material to -242°C.
Up  to  now  a  champion  in  high  temperature  superconductivity  has 
been  a  niobium-to-gcrmanium  compound.  Its  conversion  temperature 
into a superconducting state was -2S0°C. Now the leadership has passed 
over to sulphur.
Text  10 
Salt Shaker Wedding
On Friday evening, April  13, at  five o’clock, Miss  Chlorinc  Halide 
became the bride of Mr.  Sodium Alkali  in a double beaker ccrcmony at 
the Little Church o f Mother Nature. Rev. Electro Valcncc performed the 
ccrcmony.
The bride was given in marriage by her unclc, Mr. Argon Inert, one o f 
the community’s most prominent bachelors. The bride’s eldest sister Miss 
Iodine  Halide,  was  her  maid  of honour.  Misses  Bromine  and  Fluorine 
Halide were bridesmaids; little Master Eka-Cacsium was the ring bearer.
Mr.  Alkali  chosc  his  best  man  his  brother,  Mr.  Potassium  Alkali. 
Messers Lithium, Rubidium, and Caesium Alkali were ushers. The bride 
was never lovelier than  in her wedding gown of white ccllulosc acetate 
which blended perfectly well with her blond beauty. The maid of honour 
wore a stccl-bluc-grcy gown of viscose. The bridesmaids were gowned in 
reddish-brown and yellow, respectively.
Following the ccrcmony, a reception was held at the Electrolytic Tea 
Room for the immediate family. Brine and carbohydrates were served.
The former Miss Chlorinc Halide is a graduate of Anode High School 
and Electronic Collcgc, where she was a member of the Beta Ray Society.
240

At  present,  she  is  connected  with  Valence's  Mill  where  she  is  head 
blcaching agent.
Mr.  Sodium Alkali is a graduate of Cathodc High School and Cation 
College, where he was activc in athlctics, particularly swimming. Mr. Alkali 
has travelled extensively on  land,  sea, and  in  the  air.  During the war he 
had the honour of serving his country in the Army, Navy, Marine Corps, 
and Air Corps. In civilian life the groom holds a prominent position with 
the Elcctrochcmical Metallic Company.
After the rcccption the couple left for the Great Salt Lake Region of the 
United States where they will make their home among their many friends.
Text  11 
The Role of Theory in Chemistry
We start at the beginning and define science as a set of observations 
and  theories about observations.  Wc then define theory as a dcvicc  for 
making  predictions  and  correlations  o f  observations.  A  theory  is 
composed of axioms, which arc not necessarily self-evident, procedure, 
and the output o f the procedure. The axioms  identify the system, select 
the procedure and its parameters, and interpret its output. Each theory is 
judged  by  the  following pragmatic  criteria  listed  in  the  order  o f 
decreasing importance.
How diverse is it?
How accuratc is it?
How simple is it?
Like all scicncc, theories evolve; they do so bccausc the basis of our 
scicntific knowledge is constantly changing. The best theory at a particular 
point in time is the theory that best satisfies the above criteria. It is not to 
be judged on a political or a religious basis.
A theory evolves. The axioms arc conccivcd in the mind of the theorist 
who also may double as an experimentalist. The output o f the theory arc 
predictions  and  correlations  that  may  suggest  new  experiments  to  the 
experimentalist. The predictions and correlations arc then compared with 
observations.  If the  agreement  between  prcdictions-corrclations  and 
observation is “good” the theory is a “good” theory, which is a pragmatic 
value judgement.  If the  agreement  is poor — which occurs  sometimes 
bccausc  new observations  have  been made —  a  better theory  must  be 
found by some  theorist  generating  new axioms  and  a new  cycle.  This 
axiomatic-cum-pragmatic (ACP) cycling is continued until the agreement 
between  theory  and experiment bccomcs  “good”.  Wc  call  this  proccss 
the  ACP  epistemology  o f  science  bccausc  (1)  epistemology  is  the 
acquisition and validation o f knowledge and (
2
) wc wish to distinguish 
our  simplistic  view  from  the  more  erudite  views  o f the  professional 
philosophers.
The ACP epistemology can be applied to areas outside o f scicncc.
241

1 4 ,  Л I   1 ^
There is a wide variety of chcmical and physical theories from which 
wc  select  as  our  example  theories  of matter (atoms,  molecules,  solids, 
nudci, and elementary particles). Wc can illustrate the ACP cpistcmology 
with the familiar ball-and-stick theory of molcculcs. This theory employs 
sticks and coloured balls with holes drilled in them at prescribed angles. 
The procedure consists of assembling the balls and sticks into figures in 
all possible ways. The predictions of the theory includc molccular geometry 
and the number of isomers cxpcctcd for the moleculc in question. Wc all 
feel comfortable with this ball-and-stick theory bccausc it operates in the 
three-dimensional, classical world of our senses and seems “real” to us. 
While it is a very useful theory, it has a number of significant failures. For 
example, it fails to predict both the geometry and the number of isomers 
of benzene.  More seriously, it fails to predict the clcctronic, vibrational, 
and  rotational  spcctra  o f molcculcs.  This  failure  to  predict  spcctra  is 
common to all classical theories and has made ncccssary the development 
o f a  new  theory  which  includes  predictive  powers  in  this  area.  The 
nonclassical quantum theory is a theory that predicts more diversely, more 
quantitatively, but not more simply than the ball-and-stick theory.
Quantum theory has two essentially equivalent versions: one concerned 
with  wave  mechanics  (derived  from  Schrocdingcr’s  work)  and  one 
concerned with matrix mechanics (due to Dirac-Hciscnbcig) which is our 
choice. The procedure of the matrix mechanics theory o f matter (MMTM) 
is very interesting but is not relevant to the application of the procedure. It 
employs vector space and their bases, operators, matrices, secular equations, 
eigenvectors, eigenvalues, groups, group algebras, etc., conccpts that arc 
well  known  to  mathematicians  but  essentially  unknown, to  beginning 
physicists and chcmists. In conscqucncc MMTM may seem less “real” to 
these  beginners  than  the  classical  ball-and-stick  theory.  The  MMTM 
procedure can be applied uniformly to atoms, molcculcs, solids, nuclci, 
and elementary particlcs. It is dear that the conccpt of structure is much 
simpler and more intuitive in the ball-and-stick theory than in the MMTM 
theory. The MMTM structure concept is that of a set of building blocks 
(basis  vector o f a vcctor space) that arc assembled  under supervision of 
the Hamiltonian into a physically significant set of structures (eigenvectors 
to the Hamiltonian).
The  numerical  and  algcbraic  calculations  required  in  the  MMTM 
procedure can become quite tedious but  fortunately many o f them have 
been or can be programmed for personal computers. The calculations of 
MMTM  then  bccomc  trivial  and  operational  familiarity  is  quickly 
acquired.  Consequently,  the  challenging  part  of MMTM  bccomcs  the 
selection  o f  the  vcctor  spacc  and  the  Hamiltonian  and  then  the 
interpretation of the output.

жүктеу/скачать 5,96 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: