Вещество Реальность атомов и молекул n n Перейдем

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Перейдем к рассмотрению основополагающих представлений о мире атомов и молекул, микромире, веществе и поле. Именно законы микромира определяют существование гигантских звезд, планет, биологических объектов, человека. 1

Вещество. Реальность атомов и молекул Что мы понимаем под веществом? В классической физике вещество и поле противопоставлялись другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго – непрерывна. Квантовая физика, внедрившая идею двойственной корпускулярно-волновой природы любого микрообъекта, привела к нивелированию этого представления. На этой основе были строго разграничены понятия вещества и материи, отождествляющиеся в науке на протяжении многих веков. 2

Вещество. Реальность атомов и молекул Вещество Координата частицы Скорость частицы Поле Длина волны излучения Масса ………. . Период колебаний Скорость передачи сигнала ……… Ничего общего …. . 3

Вещество. Реальность атомов и молекул Вещество Координата частицы Скорость частицы Масса ………. . Поле Длина волны излучения Период колебаний Скорость передачи сигнала Макс Планк, 1901 Луи де Бройль, 1929 ……… 4

Вещество. Реальность атомов и молекул Вещество Координата частицы Скорость частицы Масса ………. . Поле Длина волны излучения Период колебаний Скорость передачи сигнала ……… Наличие или отсутствие массы покоя 5

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Наука о веществах зародилась в Египте. Металлургия, керамика, изготовление стекла, крашение, парфюмерия, косметика достигли там значительного развития задолго до нашей эры. Алхи мия (лат. alchimia, alchymia, от араб. , ﺧﻴﻤﻴﺎﺀ предположительно от египетского «chemi» — черный, откуда также греческое название Египта, чернозёма и свинца — «черная земля» ; другие возможные варианты: др. -греч. χυμος — «сок» , «эссенция» , «влага» , «вкус» , др. -греч. χυμα — «сплав (металлов)» , «литье» , «поток» , др. греч. χυμευσις — «смешивание» , др. -греч. Χιμαιρα — «Химера» 6

Вещество. Реальность атомов и молекул n Один из рецептов изготовления "философского камня": "Мы соединяем, т. е. делаем А из тела и Меркурия. Мы подвергаем гноению и перевариванию при двойном жаре сказанное А. После того как оно сгноено и переварено, мы его разрешаем. После разрешения мы его отделяем и разделяем. После отделения и разделения мы его очищаем и чистим". 7

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Точной наука о веществах стала после того, как в середине XVIII века был сформулирован закон сохранения массы – масса всех веществ, вступающих в реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Открытие этого закона приписывают М. В. Ломоносову. 8

Вещество. Реальность атомов и молекул n «…Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько у одного тела отнимается, то столько же присовокупляется к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей общий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущееся своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает…» . Из письма М. Ломоносова к Л. Эйлеру 9

Вещество. Реальность атомов и молекул n Позже установлен закон постоянства состава (Ж. Пруст) — любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношение их масс постоянны. 10

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Дж. Дальтону (1766 -1844) в 1803 году сформулировать закон кратных отношений - элементы входят в соединение некоторыми порциями, и сделать вывод о дискретном строении вещества. Именно Дальтон ввел в современную науку представление об атомах как мельчайших частицах, из которых образованы все вещества, понятие «атомный вес» . 11

Вещество. Реальность атомов и молекул n n n Представление об атомном строении вещества является из самых древних в науке. В Азии оно существовало более чем за 1000 лет до н. э. . В V веке до н. э. древнегреческие философы Левкипп и Демокрит сформулировали вывод о невозможности бесконечного деления вещества на все более мелкие части. 12

Вещество. Реальность атомов и молекул n В Древней Греции эти представления не получили распространения. n Аристотель являлся их рьяным противником, и атомарным представлениям о строении вещества пришлось ждать признания более 2000 лет. 13

Вещество. Реальность атомов и молекул Несколько слов о терминологии Химический элемент Химическое соединение Минерал Сплав В чем разница? 14

Вещество. Реальность атомов и молекул n Минерал — это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии» (Годовиков А. , «Минералогия» , М. , «Недра» , 1983). 15

Вещество. Реальность атомов и молекул n Сплав — смесь, состоящая из нескольких компонентов, из которых по крайней мере один является металлом. 16

Вещество. Реальность атомов и молекул n Д. И. Менделееву (1834 -1907) удалось сформулировать периодический закон, позволивший не только систематизировать все известные в 1869 г. химические элементы, но и предсказать существование новых. 17

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Периодический закон в формулировке Менделеева, опубликованной им в учебнике «Основы химии» : «… Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. В соответствие этому закону и составлена периодическая система элементов…» . 18

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Созданная систематика позволила предсказать свойства элементов с вероятными атомными весами 44, 68, 72. В 1875 был открыт галлий (атомный вес 69. 7), в 1879 - скандий (атомный вес 45. 1), в 1886 - германий (атомный вес 72. 6). В 1893 году был открыт аргон, которому не было места в периодической системе элементов. После обнаружения на Солнце (с помощью спектрального анализа), а затем и на Земле гелия, открытия криптона, неона, ксенона, стало ясно, что «благородные» (инертные) газы образуют новую группу периодической системы. Это еще раз подтвердило строгость периодического закона Менделеева. 19

Вещество. Реальность атомов и молекул Что мы знаем о внутреннем строении атома? n n Из опыта известно, что любой предмет может быть заряжен электричеством одного или другого вида. Мы называем эти два вида зарядов «положительными» или «отрицательными» . В этих названиях не отражено ничего принципиального. Просто мы знаем, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются - это следует из эксперимента. 20

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Еще в Древней Греции было замечено, что если потереть янтарь (греч. "electron") кусочком ткани, то он приобретает свойство притягивать шерстинки. Заряды могут перемещаться в веществе. За проводимость металлов ответственны электроны. Именно поэтому в 1891 году для обозначения единицы минимального количества электричества был введен термин "электрон". Элементарная частица, называемая сегодня электроном, открыта Дж. Томсоном в 1897 г. 21

Вещество. Реальность атомов и молекул n Что такое электризация? Почему она возникает? 22

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Тогда простейшая модель атома - модель желе (пудинга с изюмом), в котором смешаны положительные и отрицательные заряды, и разделить их нельзя (модель Томсона, 1904 г. ) Решающий эксперимент по проверке этой модели был проделан в 1910 году Э. Резерфордом (1871 -1937), Х. Гейгером (1882 -1945) и Р. Марсденом. 23

Вещество. Реальность атомов и молекул Угол отклонения α-частицы 15 38 45 60 75 105 120 135 150 Число 13200 7800 1435 477 211 70 наблюдений 0 α-частиц % от общего 92. 87 числа наблюдений 5. 5 1. 0 52 43 33 0. 1 0. 02 0. 01 3 5 24

Вещество. Реальность атомов и молекул n «… Я помню… ко мне пришел очень взволнованный Гейгер и сказал: «Мы, кажется, получили несколько случаев рассеяния α-частиц назад…» Это самое невероятное событие, которое было в моей жизни. Это почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили 15 -дюймовым снарядом в папиросную бумагу и он, отразившись, попал бы в вас. …. Именно тогда у меня и зародилась идея об атоме с крошечным массивным центром, котором сосредоточен заряд. . . » Э. Резерфорд 25

Вещество. Реальность атомов и молекул Отметим свойства атомных систем, которые не способна описать планетарная модель атома. 1) Устойчивость. Атомы сохраняют свои специфические свойства, несмотря на сильные столкновения и возмущения, которым они подвергаются. 2) Тождественность. Все атомы одного рода (с одинаковым числом электронов) обладают тождественными свойствами. Они испускают и поглощают излучение с одними и теми же частотами, имеют равные размеры, свойства. 3) Воспроизводимость. Способность возвращаться в исходное состояние. Если форма атома была искажена, и его электронные орбиты изменили свой вид в результате внешнего воздействия (высокого давления, соседства других атомов и т. п. ), то после устранения причины искажения атом и электронные орбиты вновь приобретут исходную форму. 26

Вещество. Реальность атомов и молекул n n Эти противоречия показывают, что планетарная модель также как и ее предшественники - только некое приближение к действительному строению атома. Опыты показывают, что атом как планетарная система не может обладать всеми перечисленными свойствами. И что же делать? 27

Следующая лекция «Квантовый мир» Контрольный вопрос Что является предметом хронологии? 28