книги / Неорганическая химия

Т а б л и ц а 3

Зависимость удельной теплоемкости простых веществ от атомного веса

Определив опытным путем величину удельной теплоемкости простого вещества, можно вычислить атомный вес соответствую­ щего ему элемента. Но атомный вес, вычисленный этим мето­ дом, будет приближенным, так как закон Дюлонга и Пти не яв­ ляется точным законом. Атомный вес, определенный на основа­ нии закона Дюлонга и Пти, уточняют с помощью эквивалента

Главная причина неточности результатов и трудностей, с ко­ торым встретились Дж. Дальтон и Я. Берцелиус при определе­ нии атомного веса элементов, заключалась в отсутствии пред­ ставлений о молекуле и молекулярном весе. Последние вошли в химию вместе с законом Авогадро, который указал также и способы определения молекулярного веса.

Зная молекулярный вес простого газа и зная число атомов, содержащихся в молекуле его, легко вычислить 'атомный вес элемента путем деления молекулярного веса на число атомов. Число же атомов в молекуле простого газа может быть уста­ новлено по объемным соотношениям при газовых реакциях (за­ кон Гей-Люссака). Так было найдено, что молекулы водорода, кислорода, азота, хлора состоят из двух атомов — Н2, 0 2, Ы2, С12 и, следовательно, атомный вес их равен половине молекулярно­ го веса.

Число атомов в молекуле простого газа может быть установ­ лено также на основании отношения теплоемкости газа при по­ стоянном давлении Ср к его теплоемкости при постоянном объ­ еме С9у которое является постоянной величиной для газов, со-

держащих одинаковое число атомов в молекуле. У газов, моле­ кулы которых состоят из одного атома,

для газов же, молекулы которых состоят из двух атомов,

Таким образом было установлено, что молекулы инертных газов — гелия, неона, аргона, криптона, ксенона и радона состо­ ят из одного атома, следовательно, их атомный вес равен моле­ кулярному весу.

М е т о д К а н н и ц ц а р о . На законе Авогадро основан и другой, более общий метод определения атомных весов элемен­ тов, предложенный Канниццаро в 1858 г. По этому методу, вна­ чале опытным путем определяют плотность в газообразном или парообразном состоянии возможно большего,числа соединений данного элемента. Затем по найденной плотности вычисляют молекулярный вес взятых соединений. Химическим анализом определяют процентное содержание данного элемента в этих соединениях и вычисляют весовое количество данного элемента, приходящееся на одну грамм-молекулу каждого из взятых сое­

Два последних метода определения атомных весов элементов основаны на предварительном установлении молекулярного ве­ са веществ, содержащих данный элемент.

При невозможности непосредственного определения молеку­ лярного веса вещества атомный вес элемента может быть вычис­ лен путем умножения установленного химическим анализом эк­ вивалента элемента на его валентность.

Атомный вес элемента может быть так же вычислен по по­ ложению элемента в периодической системе Д. И. Менделеева как среднее арифметическое из атомных весов элементов, окру­ жающих данный элемент. Таким путем Д. И. Менделеевым были исправлены атомные веса ряда элементов.

Наиболее точным из современных методов определения атом- * ного веса элементов является физический, основанный на при­ менении масс-спектрографа — прибора, созданного английским ученым Ф. Астоном в 1919 г. и значительно усовершенствован­ ного в последнее время. Принцип масс-спектрографического ме­ тода определения атомного веса элементов рассматривается в следующей главе.

6.ЭКВИВАЛЕНТ, ГРАМ М -ЭКВИ ВАЛЕН Т ЭЛЕМ ЕНТОВ

ИСОЕДИНЕНИИ

Экспериментально эквивалент определяют на основе химиче­ ского анализа различных соединений. Вычислить же эквивалент • можно, исходя из формулы того или иного соединения. Для это­ го надо разделить атомный вес элемента на его валентность в

элементов, обладающих переменной валентностью, будет иметь различные значения в зависимости от той валентности, которую проявляет элемент в данном соединении. Примером такого эле­ мента может служить азот.

Э к в и в а л е н т о к и с л а равен отношению молекулярного веса окисла к валентности кислорода, умноженной на число его атомов, содержащихся в молекуле данного окисла. Тот же ре-

зультат будет получен, если молекулярный вес окисла поделить на суммарную валентность атомов второго элемента. Напри­ мер, эквивалент окиси железа — РегОз равен одной шестой его молекулярного веса, т. е. 159,7:6=26,61.

Э к в и в а л е н т о с н о в а н и я равен молекулярному весу.ос­ нования, деленному на число его гидроксильных групп, 'или, что то же самое, на валентность металла. Например, эквивалент ед­ кого натра ЫаОН равен 40: 1=40, гидроокиси кальция Са(ОН)г равен 74: 2=37.

Э к в и в а л е н т к и с л о т ы равен ее молекулярному весу, деленному на основность кислоты, т. е. -на число атомов водоро­ да, содержащихся в молекуле кислоты и способных замещать­ ся на металл. Например эквиваленты соляной НС1, серной Нг504,

ному на суммарную валентность катионов или анионов. Напри­ мер, эквивалент хлористого натрия ИаС1 равен 58,5: 1=58,5, эк­ вивалент фосфорнокислого кальция Саз(Р04)г равен 310,2:6= = 51,7.

Подобно эквиваленту элемента, численное значение эвивалента химического соединения может изменяться в зависи­ мости от характера реакции, в которой участвует данное сое­ динение, и от тех условий, при которых протекает реакция (см. гл. IX).

Наряду с понятиями эквивалент и эквивалентный вес, суще­ ствует понятие грамм-эквивалент. Грамм-эквивалентом эле­ мента или химического соединения называют такое их коли­ чество выраженное в граммах, которое численно равно их экви­ валенту.

На примере развития атомно-молекулярной и кинетической теории строения вещества можно видеть, как научная теория

ность.

Наряду с той положительной ролью, которую сыграла клас­ сическая атомно-молекулярная теория строения вещества в ус­ пешном развитии химии, необходимо отметить и недостатки, ог­ раничивающие ее возможности в объяснении открытий, сделан­ ных в области физики и химии в конце XIX в. Эти недостатки связаны с метафизическим характером основных положений классической атомно-молекулярной теории:

1) атомы элементов абсолютно неизменны;

2) атомы одного и того же элемента абсолютно тождест­ венны;

3) химические элементы рассматриваются вне их взаимной связи.

Дальнейшее развитие физики и химии показало ограничен­ ность и несостоятельность всех приведенных положений. Они бы­ ли заменены новыми, более совершенными, диалектическими воззрениями, находящимися в более полном соответствии с ок­ ружающей действительностью.

Глава III

СТРОЕНИЕ АТОМА

К началу XX в. многовековой спор между сторонниками и противниками атомистических взглядов на строение материи закончился победой первых. Атомистическая гипотеза стала тео­ рией. Но и она вначале носила в себе известные элементы метафизики. Многие ученые, признававшие дискретность ма­ терии, рассматривали атомы как простые неделимые частицы материи.

Но уже в XIX в. многие крупнейшие ученые придерживались мнения о сложности структуры атомов. Созданная Д. И. Мен­ делеевым периодическая система давала хотя и косвенное, но убедительное указание на сложность строения атомов, на нали­ чие внутри них таких структурных особенностей, которые пе­ риодически повторяются в рядах элементов. Периодическая система создавала известные основы для раскрытия природы атомов, указывала на то, что атомы, отличаясь друг от друга, имеют какое-то единство в строении и должны быть сложными системами. Д. И. Менделеев прямо говорит о том, что «атомы простых тел суть сложные вещества, образованные сложе­ нием некоторых, еще меньших частей, что называемое нами неделимым (атом) неделимо только обычными химическими силами».

А. М. Бутлеров, создатель теории строения органических соединений, также отмечал: «Атомы... неделимы не по, своей природе, а неделимы только доступными нам ныне средствами и сохраняются лишь в тех химических процессах, которые из­ вестны теперь, но могут быть разделены в новых-процессах, ко­ торые будут открыты впоследствии».

Атомистическая теория строения материи, едва успев утвер­ диться в науке в том виде, как она сложилась к концу XIX в., оказалась недостаточной. Стало выясняться, что атом, должен

дом и получила название электрон. Величина заряда электро» на вычисляется по формуле (здесь Р — число Фарадея, N0 — число Авогадро):

Его масса т=9,106-10—28 г, что составляет 1/гвзт*5 массы атома водорода, или 0,00055 к. е. Хотя электрон, как оказалось в дальнейшем, не имеет строго ограниченного размера, его ра­ диус примерно в 100000 раз меньше радиуса атома. Величина заряда и масса электрона не зависят ни от природы газа катод­ ной трубки, ни от вещества электродов и других условий. Ока­ залось также, что электроны, как и другие микрочастицы, — не просто частицы, а частицы-волны, обладающие двойственной корпускулярно-волновой природой. В них проявляется нераз­ рывность двух качественно различных форм существования ма­ терии: вещества и поля. С одной стороны, электроны ведут себя как частицы с присущим им зарядом и массой, а с, другой — обнаруживают дифракцию — явление, характерное для света и показывающее его волновую природу. Согласно теории фран­ цузского физика де Бройля (1924 г.), всякой частице массы пг, движущейся со скоростью V, соответствует волна, длина которой вычисляется по формуле:

Я = — , то

где

Н— постоянная Планка.

Из этого уравнения следует, что для макроскопических час­ тиц с большой массой длина волны будет ничтожно мала, и их

чение подробно изучили известные французские физики Мария

воздействие (нагревание, охлаждение и др.) влияния не оказы­ вает.

а - Лучи представляют собой поток частиц (названныха-час- тицами), являющихся ионами гелия. Они несут заряд + 2 (при­ нимая заряд электрона за 1). Скорость а-частиц измеряется ве­ личиной в 15000—30000 км/сек. Они обладают малой прони­