Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»



Сторінка6/10
Дата конвертації17.04.2017
Розмір1.73 Mb.
ТипНавчальний посібник
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Заряд і маса електрона

Абсолютну величину заряду електрона е було встановлено американським фізиком Робертом Міллікеном (1911), який виконав дотепний дослід з краплинами олії (рис. 4.3). Краплини олії після їхнього впорскування потрапляли крізь отвір у простір між горизонтальні пластини конденсатора, після чого на них діяли Х-променями. Внаслідок йонізації повітря краплини олії заряджались одним чи кількома елементарними одиницями електронного заряду. Спостерігаючи за рухом краплин у мікроскоп, Міллікен визначив швидкість вільного падіння зарядженої краплини, потім виміряв напругу (II), яку потрібно було прикласти до пластин конденсатора, щоб змусити краплину олії нерухомо зависнути між пластинами. При цьому сила земного тяжіння і сила електростатичної взаємодії зрівноважувались:





Масу (т) краплини олії з відомою густиною (ρ) визначали за співвідношенням т = ρV (де V = 4/3πr3 об'єм краплі), звідси т = р- 4/З πr3. Спостерігаючи за краплиною в мікроскоп, оснащений мірними поділками, встановлювали її радіус (r). Висота Н, на якій зависала крапля, дорівнювала половині відстані між пластинами. Беручи до уваги те, що g — це прискорення вільного падіння, визначали заряд електрона (е):



Зручніше заряди на атомах виражати в елементарних одиницях заряду (е. о. з.). За 1 е. о. з. беруть заряд електрона, який дорівнює 1,60217733 • 10-19Кл. Знаючи заряд електрона і визначене Томсоном відношення е/т, можна знайти масу електрона те, яка дорівнює 9,1093897 • 10-27 г (0,00055 а. о. м.), або 1/1840 маси атома Гідрогену:





Відкриття Х-променів

Визначальним етапом на шляху до розуміння складної природи атома стало відкриття Х-променів і явища радіоактивності. Німецький фізик Вільгельм Рентген (1895) опублікував дуже цікаві результати досліджень, які проводилися з газорозрядною лампою. Ці дослідження у 1880—1882 рр., раніше за Рентгена, здійснював українець Іван Пулюй. Якщо в запаяній лампі (див. рис. 1.5) створити глибокий вакуум, то електрони, які відриваються від поверхні розжареного катода, безперешкодно долітатимуть до анода. Вдаряючись об анод, електрони генерують випромінювання, яке характеризується великою проникною здатністю. Це випромінювання, яке сам Рентген назвав Х-променями, легко проникає крізь папір, деревину і м'язові тканини, але поглинається важчими речовинами, наприклад, кістковою тканиною, металами тощо. До речі, природа та механізм виникнення Х-променів були правильно описані Пулюєм, тоді як сам Рентген не вірив в існування електронів, які власне і спричинюють виникнення Х-променів. Х-промені, які ще називають рентгенівськими, не відхиляються в електричному і магнітному полях і, отже, не є пучками заряджених частинок. Згодом стало відомо, що Х-промені, як і світло, є електромагнітним промінням з малою довжиною хвилі (див. рис. 1.2). Через 18 років німецький фізик Макс фон Лауе підтвердив їхню хвильову природу, спостерігаючи дифракцію Х-променів на кристалах (див. рис. 1.7).



Явище радіоактивності

Французьким ученим Анрі Беккерелем (1896) було відкрито явище радіоактивності. Виконуючи досліди із флуоресценцією різноманітних мінералів, Беккерель випадково поклав загорнуту в чорний папір фотографічну пластинку до шухляди стола поруч із сіллю K2UO2(SO4)2 • 2Н20. Пластинка виявилась підсвіченою. Беккерель слушно припустив, що підсвічення пластинки спричинюють якісь промені, які виходять із солі урану. Впродовж наступних двох років видатна польська вчена Марія Склодовська-Кюрі разом зі своїм чоловіком П'єром Кюрі виділила з уранової руди два геть нових радіоактивних елементи і назвали їх Полонієм (Ро) (від лат. Роlопіа — Польща) та Радієм (Ra) (від лат. Radius — промінь). Нові елементи випромінювали такі самі промені, які спостерігав Беккерель. Відкриття радіоактивності ще більше вразило фізиків того часу, ніж відкриття Х-променів. Поступово ставало відомо, що радіоактивне випромінювання зумовлюється руйнуванням атомів і, отже, атоми не є неподільними частинками речовини, а можуть розпадатися на інші атоми. Німецький фізик Ернст Резерфорд (1899), вивчаючи природу радіоактивного випромінювання, встановив, що воно неоднорідне і складається із променів трьох типів, які були названі альфа (α)-, бета (β)- і гамма (γ)-променями. Усі ці три типи випромінювання викликають світіння деяких речовин, наприклад, цинк сульфіду (ZnS), та іонізують гази, крізь які проходять. Окрім того, α-промені по-різному поводяться у магнітному або електричному полях (рис. 4.4). За характером відхилення було встановлено, що γ-промені — це електромагнітне випромінювання з меншою довжиною хвилі, ніж Х-промені (див. рис. 1.2), β-промені, як і катодні промені, виявилися пучками електронів, а α-промені — потоком частинок з масою 4 а. о. м. та зарядом +2 (α-частинки — це ядра гелію Не2+).






Модель будови атома за Томсоном

Дж. Томсон (1898) запропонував модель будови атома, схематично зображену на рис. 4.5. У моделі атома за Томсоном уся маса атома і весь позитивний заряд були рівномірно розподілені по всьому об'єму атома, а електрони вкраплювалися в атом, як родзинки в кекс. Взаємне відштовхування електронів забезпечувало їм рівномірний розподіл в атомі. Йонізацію можна було собі уявити як "вискубування родзинок-електронів з кексу-атома". Внаслідок йонізації залишався масивний острів з некомпенсованим позитивним зарядом.


Планетарна модель будови атома

Однак Е. Резерфорд (1909) змушений був відкинути модель Томсона, запропонувавши ядерну (планетарну) модель атома. Причиною стали результати досліджень, проведених Е. Гейгером і Е. Марсденом із розсіювання потоку α-частинок дуже тонкою (0,0006 мм) золотою фольгою. Експеримент Гейгера—Марсдена схематично зображено на рис. 4.6. Було встановлено, що під час бомбардування фольги α-частинками більшість α-частинок проходило крізь фольгу без будь-якого або з незначним відхиленням (а), деякі α-частинки помітно відхилялись (b) від початкової траєкторії, і лише мізерна кількість α-частинок (приблизно 1 із 8000) рикошетом відбивалися від фольги (с).



Цього факту не можна було пояснити, ґрунтуючись на томсонівській моделі атома. Рівномірний розподіл позитивного заряду і маси по всьому об'єму атома здатний відхиляти α-частинки тільки на незначний кут (рис. 4.7, а). Резерфорд, Гейгер і Марсден слушно припустили, що α-частинки могли б рикошетити від золотої фольги у тому разі, якщо б уся маса і весь позитивний заряд атома були сконцентровані в дуже малому ядрі, яке міститься в центрі атома (рис. 4.7, б). За обчисленнями Резерфорда, заряд ядра атома Ауруму мав би становити +100 (+20) (насправді він дорівнює +79), а радіус ядра атома Ауруму не повинен перевищувати 0,0001 А0 (насправді він наближається до 0,00001 А0).



Вимальовувалася така картина будови атома: у центрі - атома міститься надзвичайно щільне ядро, яке оточують від'ємні заряди — електрони. Електрони посідають ту ділянку атома, радіус якої у 100 000 разів більший, ніж радіус ядра. Модель атома, яку запропонував Резерфорд (1911), дещо нагадувала Сонячну систему: планети-електрони обертаються навколо Сонця-ядра на колових орбітах (рис. 4.8). Ця модель чудово узгоджувалася з експериментом Гейгера—Марсдена. Більшість α-частинок після проходження крізь металеву фольгу не відхиляються від своєї початкової траєкторії, оскільки вони проходять поміж ядрами атомів речовини. Коли α-частинки проходять дуже близько від ядра, на них чинить вплив величезна концентрація заряду і α-частинки відхиляються від початкової траєкторії на відповідний кут. Мізерна ж кількість α-частинок, які все ж наштовхуються на ядра, миттєво відбивається від них.





Ядро атома

Гіпотеза Резерфорда щодо планетарної будови атома, по суті, виявилася фундаментом, на якому методами квантової, а згодом і хвильової механіки описують і уточнюють моделі атомів. Нині встановлено, що основна маса атома (понад 99,9 %) зосереджена в ядрі, розмір якого має порядок 10-13 см (1 Фермі). Це на 5 порядків менше, ніж розмір самого атома (10-8 см = 1 А0). Якщо уявно збільшити розмір атома до розміру футбольного поля стометрової довжини, то ядро на цьому полі виглядатиме (не як м'яч!), як головка шпильки (1 мм), при цьому маса цієї крупинки мала б становити 50 000 000 кг. Ядро має складну будову. Основними ядерними частинками є нуклони — протони (р) (від грец. (proton) — первинне) і нейтрони (п) (від лат. neutrum — ні те, ні се; тобто щось проміжне, нейтральне).



Закон Мозлі

Англійський фізик Г. Дж. Мозлі (1913), вивчаючи рентгенівські спектри, які випромінюють різні хімічні елементи (метали), встановив, що довжина хвилі характеристичного Х-випромінювання (див. рис. 1.6) залежить від природи хімічного елемента. Графік залежності оберненого значення квадратного кореня з довжини хвилі Х-променів від порядкового номера елемента в періодичній системі показано на рис. 4.9. Мозлі зробив припущення, що порядковий номер елемента — це заряд ядра і що цей заряд зростає при переході від одного елемента до наступного на одиницю. Він назвав порядковий номер елемента в періодичній системі атомним номером і позначив його символом Z. Закон Мозлі формулюється так:



Квадратний корінь з оберненого значення довжини хвилі певних ліній однакових серій характеристичного рентгенівського спектра пропорційний атомному номеру елемента





Елементарні частинки

Нині відомо, що порядковий номер елемента відповідає кількості протонів у ядрі. Оскільки атоми в цілому електронейтральні, то кількість електронів має дорівнювати кількості протонів. Однак маси атомів більші за сумарну масу протонів у ядрах. Для пояснення надлишку маси було зроблено припущення про існування нейтронів. Ці частинки повинні мати таку саму масу, що й протони, і нульовий заряд. Існування нейтронів було встановлено Дж. Чедвіком (співпрацівником Резерфорда). Чедвік (1932) виявив, що коли бомбардувати берилієву пластинку α-частинками (ядрами Гелію Не) то берилій починає випромінювати незаряджені частинки. Схему експерименту Чедвіка зображено на рис. 4.10. Якщо на шляху цих незаряджених частинок поставити парафін, то, пройшовши крізь нього, незаряджені частинки перетворюються на протони. Випромінювання, яке не несе на собі жодного електричного заряду і яке своєрідно взаємодіє з парафіном, - це і є потік нейтронів. Маса спокою протона й нейтрона відповідно дорівнюють 1,00728 та 1,00866 а. о. м. Маса електрона значно менша (0,00055 а. о. м.). До складу ядра входять також частинки, маса яких є проміжною між масою протона й електрона. Такі частинки називаються мезонами (від грец. середній, усереднений). Андерсон і Неддермейер (1936) виявили частинки, які у 210 разів масивніші, ніж електрони. Згодом ці частинки були названі мезонами або мюонами. Знайдені позитивні і негативні мюони. Усі електричні заряди "елементарних" частинок за своєю абсолютною величиною дорівнюють заряду електрона, тобто 1 е. о. з., і раніше вважалося, що заряд електрона найменший серед можливих. Однак існують частинки з меншими, ніж в електрона, зарядами, — це мезони.



Усередині минулого століття Повелл відкрив новий різновид мезонів, які у 275 разів масивніші за електрони. Їх назвали піонами. Знайдено позитивні, негативні, а згодом (1950) і нейтральні піони.



Ядерні сили

Утворення міцних і компактних атомних ядер з протонів і нейтронів зумовлено ядерними силами (ядерними зв'язками), які виникають між нуклонами. Відповідальними за виникнення цих ядерних сил є мезони. Нуклони обмінюються між собою мезонами (передусім піонами), почергово перетворюючись то в протон, то в нейтрон:



Отже, зв'язування нуклонів у ядрах має обмінну природу. Вочевидь, протон може утворювати зв'язки (тобто обмінюватися мезонами) з обмеженою кількістю нейтронів і, навпаки, нейтрон зв'язується з обмеженим колом протонів. Тому стійкість ядер залежить від кількості протонів і нейтронів, які входять до складу ядра. Зв'язування між нуклонами в ядрах супроводжується виділенням величезних порцій енергії. Оскільки енергія і маса пов'язані між собою відомим співвідношенням Ейнштейна Е = тс2, то вивільнення певної кількості енергії еквівалентне зменшенню певної кількості маси. Експеримент засвідчує, що маса ядра завжди дещо менша, ніж сума мас протонів і нейтронів.



Різниця між масою ядра і сумою мас окремих нуклонів називається дефектом маси. Отже, під час утворення ядер з нуклонів частина їхньої маси перетворюється в енергію, яка вивільняється у довкілля. Таку саму кількість енергії треба витратити, щоб роз'єднати ядро на окремі нуклони.

Отже, енергія зв'язку на один атом дорівнює 9,32 • 10-12 Дж/атом. Енергія зв'язку на один нуклон дорівнює 9,32 • 10-12 : 9 = 1,04 • 10-12 Дж/нуклон.



Види ядер атомів

Маса ядра (масове число атома (А)), як сума мас усіх протонів і нейтронів (з урахуванням "дефекту маси"), практично дорівнює масі цілого атома, бо частка маси усіх електронів в атомі становить не більше 0,1—0,01 %. Кількість нейтронів (Nп) у ядрі знаходять за різницею:



Для позначення кількості протонів (заряд ядра атома) і масового числа атома використовують числові індекси, які проставляють біля символа елемента в певному місці. Наприклад, для Хлору y xС1zu х характеризує заряд ядра атома, у — атомну масу, тоді як z вказує на заряд йона Хлору в певному стані — кількість атомів, які входять до складу молекули. Ядра атомів, які містять однакову кількість протонів, належать до одного і того ж елемента. Проте ядра таких атомів можуть містити різну кількість нейтронів і, отже, мати різну масу. Різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента, які відрізняються за масою, але мають однаковий заряд ядра, називають нуклідами( ізотопами). Майже всі хімічні елементи складаються із кількох нуклідів, тому їхні атомні маси, які є середньоарифметичними величинами від мас нуклідів, виражають не цілими, а дробовими числами. Для Гідрогену відомі три нукліди: протій (легкий і звичайний Гідроген), дейтерій D (важкий Гідроген) і тритій Т (надважкий Гідроген). Оксиген теж складається з трьох нуклідів: 160, 170 і 180. Позначаючи нукліди, не обов'язково вказувати заряд ядра атома, оскільки про це свідчить символ елемента.

Приклад 4.2. Хлор у природних сполуках трапляється у вигляді нуклідів 35С1 (75,5 %) і 37С1 (24,5 %). Яка середня мольна маса атомів Хлору?

Найбільшу кількість нуклідів (по 6—10) мають елементи з порядковими номерами від 40 до 56. Кількість стійких (стабільних) нуклідів значно менша, ніж кількість нестійких, тобто радіоактивних. Із 19 нуклідів Йоду лише 127І, який входить до складу природних сполук Йоду, є стабільним. Стійкі нукліди мають елементи, заряд ядер яких не перевищує 83. Втім, у технецію 43Тс і в прометію немає жодного стабільного нукліда. Радіоактивні нукліди цих елементів отримують штучно. Елементи, починаючи з z = 84 (Полоній) і закінчуючи 92 (Уран), хоч і трапляються у природі, проте складаються лише з нестійких нуклідів. Для елементів із z > 92 нукліди стають настільки нестійкими, що у природі їх не існує. Усі важкі елементи, починаючи з Нептунію (z = 93), отримують штучно. Серед різних хімічних елементів трапляються атоми, ядра яких відрізняються за зарядом, але мають однакову масу. Різні елементи, атоми яких мають однакову масу, називаються ізобарами ("однакова вага"). Ізобари містять однакову кількість нуклонів, проте різну кількість протонів і, отже, нейтронів. Наприклад, атоми таких елементів, як Аргон, Калій і Кальцій з атомною масою 40 , є ізобарами. Часто ядра атомів характеризують нейтронним складом, тобто кількістю нейтронів, які припадають у ядрі на один протон. Від цієї характеристики залежить стійкість ядер. Ядра різних елементів, які містять однакову кількість нейтронів, називаються ізотонами ("однаковий тиск"). Атоми таких елементів, як Ксенон, Барій, Лантан і Церій (,, ядра яких містять по 82 нейтрони, є ізотонами.


Стійкість ядер атомів

Стабільність ядер залежить від кількості протонів і нейтронів, які входять до складу ядер, і від їхнього співвідношення. Спостереження засвідчили, що ядра, які містять 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 протонів або стільки ж (а також 126 і 152) нейтронів, характеризуються підвищеною стійкістю. Пояснень цьому фактові ще й досі немає. Через це ці числа дещо іронічно назвали "магічними".

У максимально стійких ядрах легких елементів на 1 протон припадає 1 нейтрон:

У разі збільшення заряду ядра зростання кількості нейтронів випереджає

зростання кількості протонів, і для ядер важких елементів Для найстійкіших нуклідів співвідношення між Z і А описується емпіричним рівнянням.

У разі недостачі або надлишку нейтронів ядро стає нестійким і розпадається. Залежно від того, на які саме частинки розпадається ядро, розрізняють кілька типів радіоактивного розпаду. При дефіциті нейтронів ядра атомів повинні випускати позитивно заряджені частинки — протони (протонний розпад) (або позитрони — е+ чи р+) (позитронний розпад), тим самим понижуючи свій заряд і збільшуючи частку нейтронів у ядрі. (Позитрон — це античастинка до електрона, тому її позначають так само, як і електрон (е) або як пучок електронів , але зі знаком "+"). Протонний розпад важко виявити, оскільки час "життя" ядер, з яких вивільняється один, а іноді й два протони (протоноактивні ядра), є вкрай коротким. У процесі позитронного розпаду заряд ядра зменшується на одиницю, тоді як маса ядра практично не змінюється, оскільки протон, втрачаючи позитивний заряд, стає нейтроном. Інакше кажучи, елемент, який з'являється при позитронному розпаді щодо елемента, який у цьому процесі зникає, буде ізобарою. Наприклад:



де v — нейтрино (від італ. neutrino — нейтральний), стабільна електронейтральна елементарна частинка, маса якої наближається до нуля, а швидкість руху — до швидкості світла. У вказаному процесі виділення позитрона відбувається унаслідок перетворення протона в нейтрон, і тому тут мусить виконуватися закон збереження кількості руху. Ось чому для повного балансу лівої і правої частин рівняння радіоактивного розпаду вводиться гіпотетична частинка — нейтрино. Нині існування нейтрино доведено експериментально. Нейтрино вирізняється неабиякою проникністю. Для ядер важких елементів з дефіцитом нейтронів енергетично вигідним розпадом є відщеплення великих частинок — ядер Гелію (α-частинок) або навіть спонтанний розпад ядра. Це зумовлено тим, що у важких ядрах відносний вміст нейтронів (навіть за умови їхнього дефіциту) вищий, аніж у легких. У разі а-розпаду Е зменшується на 2, а масове число — на 4 одиниці. Наприклад:



Відомо понад 200 α-активних нуклідів для елементів з z > 84 і близько 20 — для рідкісноземельних елементів. У разі спонтанного розпаду вихідне ядро ділиться на 2 (рідше на 3—4) частини з зарядами, близькими до 50. Ядра, які при цьому виникають, переобтяжені нейтронами і теж є радіоактивними. Ще одна можливість перетворення ядра з дефіцитом нейтронів виявляється в електронному захопленні. Є такі випадки, коли ядро може захопити електрон, який перебуває на найближчій до нього орбіталі, і тоді протон перетворюється на нейтрон, дефіцит яких усувається. Наприклад, унаслідок захоплення ядра атомів Берилію перетворюються в ядра атомів Літію:



При надлишку нейтронів процеси радіоактивного розпаду відбуваються внаслідок перетворення нейтронів у протони, що супроводжується вивільненням негативно заряджених частинок-електронів (е). Електронний розпад (р-розпад) є основним типом розпаду ядер з надлишком нейтронів і призводить до появи нових ядер з такою самою масою, однак із Z, збільшеним на одиницю. Це видно на прикладі р-розпаду радіоактивного нукліда Карбону:



де V — антинейтрино, така ж частинка, як і нейтрино, але з протилежним спіном (про спін ітиметься далі). На завершення, кілька слів скажемо про γ-випромінювання. Ядра деяких радіоактивних нуклідів часто випромінюють електромагнітні хвилі з дуже високою енергією (з довжиною хвилі, меншою за 0,1 А0). Ядра атомів можуть перебувати в нормальному та збудженому стані. При переході зі збудженого в нормальний стан ядра випромінюють порцію енергії у вигляді електромагнітних хвиль з високою частотою коливання, які Резерфорд назвав γ-променями.


Квантова модель будови атома

Масивні позитивно заряджені ядра атомів створюють довкола себе потужне електромагнітне поле, в якому перебувають електрони. Кількість електронів в атомі і їхнє розташування у просторі визначають хімічні властивості елемента.



Квантова теорія світла

Ядерна (планетарна) модель атома за Резерфордом пояснювала існування електрона на коловій орбіті зрівноважуванням двох сил (рис. 4.11) — відцентрової та електростатичного притягання:



або


де те — маса електрона; v i e — його швидкість та заряд; r — радіус орбіти.

Відомо, що електричний заряд, рухаючись по замкнутому контурі, випромінює електромагнітні хвилі. Те саме мало б трапитися і з електроном, який обертається довкола ядра. При цьому електрон мав би втрачати енергію, а радіус орбіти після кожного наступного витка зменшуватися. Рухаючись таким чином по спіралі, електрон врешті-решт мав би впасти на ядро, тобто мала б відбутися нігіляція (від лат. nihil — ніщо, нічого) атома.

Попри те, що класична механіка не змогла пояснити стійкість ядерної моделі атома, у фізиці з'явилися й інші малозрозумілі факти. Йдеться про світіння розпеченого шматка заліза. Відомо, що всі сильно нагріті тверді тіла світяться. При не дуже високій температурі більша частина випромінювання припадає на червону ділянку спектра, і тоді кажуть, що тіло розпікається "до червоного". При вищих температурах колір розпеченого тіла стає помаранчевим, далі переходить у жовтий і, нарешті, тіло розпікається "до білого". При дуже високих температурах випромінювання в червоній ділянці спектра послаблюється і тіло набуває синюватого відтінку (рис. 4.12). За законами класичної фізики, коли зростає частота випромінювання, має зростати і його інтенсивність. Тому у спектрах випромінювання мало б бути значно більше синього й ультрафіолетового компоненту й усі предмети мали б видаватися людському оку синіми.



Насправді ж інтенсивність випромінювання після проходження через максимум спадає. Це протиріччя між теорією і практикою у фізиків того часу отримало назву ультрафіолетової катастрофи. Німецький фізик Макс Планк (1900) подав своє тлумачення цього парадокса. Згідно з класичною фізикою, світло випромінюється з певною частотою тому, що частинки (атоми або групи атомів) у твердому тілі коливаються (осцилюють) з певною частотою. Такий підхід дає змогу здійснити теоретичні обчислення спектральної кривої інтенсивності, але за умови, що відома відносна кількість осциляторів, які коливаються з кожною частотою. Припускалося, що можливі будь-які частоти коливань і що енергія, пов'язана з кожною частотою, залежить тільки від кількості осциляторів, які коливаються з цією частотою. При зростанні температури кількість осциляторів, які коливаються з високою частотою, повинна збільшуватись і інтенсивність у синій і ультрафіолетовій ділянках спектра мала б бути найбільшою. Отже, за класичними законами фізики, чим вищою буде температура, тим більшою повинна бути інтенсивність високочастотної ділянки електромагнітного спектра (крива 3 на рис. 4.12). Новаторське припущення Планка, яке суперечило законам класичної фізики, ґрунтувалося на тому, що енергія електромагнітного випромінювання вивільняється або ж поглинається порціями (квантами). Енергія (Е) одного кванта випромінювання пропорційна частоті випромінювання (ν):



Коефіцієнт пропорційності h у цьому співвідношенні отримав назву сталої Планка, і його значення дорівнює



За теорією Планка, група атомів не може випромінювати малу енергію на високих частотах; високочастотне випромінювання може випускатися лише осциляторами з великою енергією. Отже, вірогідність існування осциляторів з високими частотами незначна, оскільки низькою є вірогідність існування груп атомів з відповідними великими коливальними енергіями. Спектральна крива інтенсивності при високих частотах повинна не зростати, а, навпаки, спадати, як це і показано на рис. 4.12 (криві 1 і 2). Отже, будь-який об'єкт випромінювання не можна ділити до безмежності, не змінюючи його природи, оскільки він складається з певної кількості (можливо, навіть з дуже великої, та все ж з обмеженої) окремих порцій (квантів). Між квантуванням енергії і дискретністю речовини простежується певна аналогія. Якщо, наприклад, розглядати кристалик діаманта, який, як відомо, складається з атомів Карбону, то зовні він видається суцільним. Від цього кристалика, який, наприклад, має масу 12 г, можна відколоти шматочок з будь-якою масою — 1г, 0,5 мг, 0,13 мкг тощо. Але меншої маси, ніж маса одного атома Карбону (1,99265 ∙ 10-23 г), відокремити від кристалика діаманта не вдасться. Отже, дискретною частинкою в кристалі діаманта є атом Карбону, і таких частинок у кристалі масою 12 г буде 6,022 • 1023 атомів. Те саме стосується і квантів світла: для того, щоб перевести у збуджений стан, наприклад, один електрон у молекулі хлорофілу, потрібний один квант енергії, еквівалентний енергії одного фотона світла у синьо-зеленому діапазоні, а для збудження 1 моль електронів в 1 моль молекул хлорофілу потрібно витратити енергію, яка еквівалентна 1 моль фотонів світла у цьому ж діапазоні. Приклад 4.3. Обчисліть енергію фотона зеленого світла (кДж). Скільком кілоджоулям відповідає 1 моль фотонів зеленого світла?

Довжина хвилі зеленого світла становить X 5000 А = 5 • 10-7 м. Частоту зеленого світла можна знайти зі співвідношення

Енергія одного фотона зеленого світла становить



Помноживши знайдену величину на число Авогадро, отримаємо енергію 1 моль фотонів зеленого світла:



Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Схожі:

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №3 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник до змістового модулю №1 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconКонтрольні роботи для студентів заочної форми навчання спеціальності «технологія парфумерно-косметичних засобів»

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник Для викладачів та студентів фармацевтичного факультету Запоріжжя 2014

Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник за кредитно-модульною системою для студентів вищих навчальних медичних закладів за спеціальністю «технологія парфюмерно-косметичних засобів»
Сторія україни: навчально-методичний посібник для студентів, працюючих за кредитно-модульною системою. (укладачі: кандидат історичних...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчально-методичний посібник для студентів І курсу факультету філології та журналістики стаціонарної форми навчання. Доп., розш. Полтава: пдпу, 2009. 61 с
Тарасова н.І.,Чередник л. А. Організація самостійної та індивідуальної роботи з античної літератури: Навчально-методичний посібник...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів 5-го, 6-го курсу медичних внз, лікарів-інтернів педіатрів, інфекціоністів та сімейних лікарів Запоріжжя, 2016р
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconМетодичні вказівки для студентів ІІ курсу фармацевтичного факультету для підготовки до семінарських занять з предмету
...
Навчальний посібник до змістового модулю №2 для студентів І курсу фармацевтичного факультету спеціальність «Фармація» та «Технологія парфумерно-косметичних засобів» iconНавчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029 «Інформаційна, бібліотечна та архівна справа»
Концепція професійного спрямування (Вступ до фаху) : навчальний посібник для студентів гуманітарного факультету, спеціальності 029...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка