Jump to content

Гипотеза Праута

Гипотеза Праута была попыткой начала XIX века объяснить существование различных химических элементов с помощью гипотезы о внутренней структуре атома . В 1815 году [ 1 ] и 1816 г., [ 2 ] английский известных химик Уильям Праут опубликовал две статьи, в которых заметил, что атомные веса измеренные в то время элементов оказались целыми кратными атомному весу водорода . Затем он выдвинул гипотезу, что атом водорода был единственным действительно фундаментальным объектом, который он назвал протилом , и что атомы других элементов на самом деле представляли собой группы из различного количества атомов водорода. [ 3 ]

Гипотеза Праута оказала влияние на Эрнеста Резерфорда , когда в 1917 году ему удалось «выбить» ядра водорода из атомов азота с помощью альфа-частиц, и таким образом он пришел к выводу, что, возможно, ядра всех элементов состоят из таких частиц (ядро водорода), которые в В 1920 году он предложил назвать протоны от суффикса «-он», обозначающего частицы, добавленного к основе слова Праута «протил». [ а ] Предположение, обсуждаемое Резерфордом, заключалось в том, что ядро Z + N = A ​​состоит из протонов плюс N электронов, каким-то образом захваченных внутри, тем самым уменьшая положительный заряд до +Z, как это наблюдалось, и смутно объясняя бета-распада радиоактивность . Было известно, что такое строение ядра несовместимо ни с классической , ни с ранней квантовой динамикой , но казалось неизбежным до появления нейтронной гипотезы Резерфорда и открытия английского физика Джеймса Чедвика .

Несоответствие между гипотезой Праута и известным изменением некоторых атомных весов до значений, далеких от целых кратных водороду, было объяснено между 1913 и 1932 годами открытием изотопов и нейтрона . Согласно правилу целых чисел Фрэнсиса Астона , гипотеза Праута верна для атомных масс отдельных изотопов с погрешностью не более 1%.

Гипотеза Праута оставалась влиятельной в химии на протяжении 1820-х годов. Однако более тщательные измерения атомного веса, например, проведенные Якобом Берцелиусом в 1828 году или Эдвардом Тернером в 1832 году, опровергли эту гипотезу. [ 4 ] : 682–683  В частности, атомный вес хлора , который в 35,45 раз превышает атомный вес водорода , в то время не мог быть объяснен с точки зрения гипотезы Праута. Некоторые выдвинули специальное утверждение, что основная единица состоит из половины атома водорода, но возникли дальнейшие разногласия. Это привело к гипотезе, что одна четверть атома водорода является общей единицей. Хотя они оказались ошибочными, эти предположения послужили катализатором дальнейших измерений атомных весов.

К 1919 году предполагалось, что несоответствие в атомном весе является результатом естественного существования нескольких изотопов одного и того же элемента. Ф. В. Астон обнаружил множество стабильных изотопов многих элементов с помощью масс-спектрографа . В 1919 году Астон изучал неон с достаточным разрешением, чтобы показать, что массы двух изотопов очень близки к целым числам 20 и 22 и что ни одна из них не равна известной молярной массе (20,2) газа неона . [ 5 ]

К 1925 году было обнаружено, что проблемный хлор состоит из изотопов. 35 кл и 37 Cl в таких пропорциях, что средний вес природного хлора примерно в 35,45 раза превышает вес водорода. [ 6 ] В конечном итоге было обнаружено , что для всех элементов каждый отдельный изотоп с массовым числом A имеет массу, очень близкую к A , умноженному на массу атома водорода, с ошибкой всегда менее 1%. Это почти не соответствует действительности закона Праута. Тем не менее, не было обнаружено правила, позволяющего предсказывать массы изотопов лучше, чем это, для всех изотопов, в основном из-за дефектов массы, возникающих в результате высвобождения энергии связи в атомных ядрах при их образовании.

Хотя все элементы являются продуктом ядерного синтеза водорода в более высокие элементы, сейчас понятно, что атомы состоят как из протонов (ядер водорода), так и из нейтронов . Современная версия правила Праута заключается в том, что атомная масса изотопа с номером протона (атомным номером) Z и номером нейтрона N равна сумме масс составляющих его протонов и нейтронов за вычетом массы ядерной энергии связи, массовый дефект . Согласно правилу целых чисел, предложенному Фрэнсисом Астоном , масса изотопа примерно, но не точно, равна его массовому числу A ( Z + N ), умноженному на единицу атомной массы (u), плюс или минус несоответствие энергии связи – атомная масса. единица измерения является современным приближением «массы протона, нейтрона или атома водорода». Например, атомы железа-56 (которые имеют одну из самых высоких энергий связи) весят всего около 99,1% от веса 56 атомов водорода. Недостающие 0,9% массы представляют собой энергию, потерянную, когда ядро ​​железа образовалось из водорода внутри звезды (см. Звездный нуклеосинтез). ).

Литературные аллюзии

[ редактировать ]

В своем романе 1891 года «Деяния Раффлза Хоу » Артур Конан Дойл рассказывает о превращении элементов в другие элементы с уменьшающимся атомным номером , пока не будет достигнуто серое вещество.

В своем романе « Жизнь и судьба » 1959 года главный герой Василия Гроссмана , физик Виктор Штрум, размышляет о гипотезе Праута о том, что водород является источником других элементов (и о том удачном факте, что неверные данные Праута привели к по существу правильному выводу): он беспокоится о своей неспособности сформулировать собственный тезис.

См. также

[ редактировать ]

Сноски

  1. ^ В сноске к статье О. Массона 1921 года в «Философском журнале» (O. Masson, Phil. Mag. 41, 281, 1921) Резерфорд описывает, как Британская ассоциация содействия развитию науки на своем собрании в Кардиффе , начинающемся 24 августа, 1920 г. (см. отчет о заседании и объявление ) принял предложение Резерфорда назвать ядро ​​водорода «протоном», следуя слову Праута. «протил». Также ср. официальный отчет об этом собрании, А.С. Эддингтон, 1920 г. Отчет о 88-м собрании Британской ассоциации содействия развитию науки (Джон Мюррей: Лондон) с. 34.

Цитаты

  1. ^ Уильям Праут (1815). О связи между удельным весом тел в газообразном состоянии и массами их атомов. Анналы философии , 6: 321–330. Онлайн-перепечатка
  2. ^ Уильям Праут (1816). Исправление ошибки в сочинении о связи удельного веса тел в газообразном состоянии с массами их атомов. Анналы философии , 7: 111–13. Онлайн-перепечатка
  3. ^ Ледерман, Леон (1993). Частица Бога . Дельта. ISBN  978-0-385-31211-0 .
  4. ^ Джон Л. Хейлброн (14 февраля 2003 г.). Оксфордский справочник по истории современной науки . Издательство Оксфордского университета. стр. 683–. ISBN  978-0-19-974376-6 .
  5. ^ Масс-спектры и изотопы Фрэнсис В. Астон, лекция на Нобелевскую премию 1922 г.
  6. ^ Харкинс В.Д. (1925). «Разделение хлора на изотопы (изотопные элементы) и правило целого числа для атомных весов» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 11 (10): 624–8. Бибкод : 1925PNAS...11..624H . дои : 10.1073/pnas.11.10.624 . ПМЦ   1086175 . ПМИД   16587053 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 10d3439afc558a7c4286563e4d0d9def__1721391720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/10/ef/10d3439afc558a7c4286563e4d0d9def.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Prout's hypothesis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)