Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с теорией прогрессивного использования (PROUT).

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 [2] английский химик Уильям Прут опубликовал две статьи , в которых он отметил , что атомные веса , которые были измерены для элементов , известных в то время оказались целыми кратными атомного веса 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 представляют собой группы из различного числа 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, сделать вывод, что, возможно, ядра всех элементов состоят из таких частиц (ядра водорода), которые в 1920 он предложил называть протонами , от суффикса «-on» для частиц, добавленного в основу слова Праута «протил». [а]Предположение, обсужденное Резерфордом, заключалось в ядре, состоящем из Z + N = A протонов плюс N электронов, каким-то образом захваченных внутри, тем самым уменьшая положительный заряд до + Z, как это наблюдалось, и неопределенно объясняло радиоактивность бета-распада. Было известно, что такое строение ядра несовместимо с динамикой классической или ранней квантовой, но казалось неизбежным до нейтронной гипотезы Резерфорда и открытия 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 всему правилу числа от Francis Aston , гипотеза Праута верна для атомных масс отдельных изотопов, с погрешностью не более 1%.

Влияние [ править ]

Гипотеза Праута оставалась влиятельной в химии на протяжении 1820-х годов. Однако более тщательные измерения атомных весов, например, проведенные Йенсом 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 больше, чем у водорода , в то время не мог быть объяснен в рамках гипотезы Праута. Некоторые придумали специальнуюутверждают, что основной единицей была половина атома водорода, но появились дальнейшие расхождения. Это привело к гипотезе о том, что четверть атома водорода является общей единицей. Эти предположения, хотя и оказались ошибочными, послужили катализатором для дальнейшего измерения атомного веса.

К 1919 году предполагалось, что расхождение в атомных весах является результатом естественного появления нескольких изотопов одного и того же элемента. Ф. У. Астон открыл несколько стабильных изотопов для множества элементов с помощью масс-спектрографа . В 1919 году Астон изучил неон с достаточным разрешением, чтобы показать, что две изотопические массы очень близки к целым числам 20 и 22, и что ни одна из них не равна известной молярной массе (20.2) неонового газа. [5]

К 1925 г. было обнаружено, что проблемный хлор состоит из изотопов 35 Cl и 37 Cl в таких пропорциях, что средний вес природного хлора был примерно в 35,45 раз больше, чем водород. [6] Для всех элементов каждый отдельный изотоп с массовым числом A в конечном итоге имел массу, очень близкую к A, умноженному на массу атома водорода, с погрешностью менее 1%. Это почти не соответствует правильности закона Праута. Тем не менее, не было обнаружено, что правило предсказывает 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 с высшими элементами, теперь понятно, что атомы состоят как из протонов (ядер водорода), так и из нейтронов . Современная версия правила Праута состоит в том, что атомная масса изотопа с числом протонов (атомным номером) Z и числом нейтронов N равна сумме масс составляющих его протонов и нейтронов за вычетом массы энергии связи ядра, массовый дефект . Согласно правилу целых чисел, предложенному Фрэнсисом Астоном , масса изотопа примерно, но не точно, равна его массовому числу A( Z  +  N ), умноженное на атомную единицу массы (u), плюс или минус несоответствие энергии связи - атомная единица массы является современным приближением для «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 потерю энергии, когда ядро ​​железа было создано из водорода внутри звезды. (См. Звездный нуклеосинтез .)

Литературные аллюзии [ править ]

В 1891 году роман деяниях Raffles Haw , Артур Конан Дойл переговоры о превращении элементов в другие элементы уменьшения атомного номера , пока серое вещество не будет достигнуто.

В 1959 году роман Жизни и судьбе , Василий Гроссман главный герой «s, физик Виктор Штрум, размышляет о гипотезе Праута о водороде является источником других элементов (и удачен тем фактом , что неверные данные Праута привели к существу правильному выводу), а он обеспокоен своей неспособностью сформулировать собственный тезис.

См. Также [ править ]

  • Связующая энергия

Ссылки [ править ]

Сноски

  1. ↑ В примечании к статье О. Массона, опубликованной в 1921 году в Philosophical Magazine (O. Masson, Phil. Mag. 41, 281, 1921), Резерфорд описывает, как Британская ассоциация развития науки на своемзаседании в Кардиффе, начавшемся 24 августа, 1920 (см. Отчет о собрании и объявление ) принял предложение Резерфорда назвать ядро ​​водорода «протоном», следуя слову Праута «протил». Также ср. официальный отчет об этой встрече, А.С. Эддингтон, 1920 Отчет о 88-м заседании 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 массой их атомов. Анналы философии , 6: 321–330. Интернет-перепечатка
  2. ^ Уильям Праут (1816). Исправление ошибки в эссе о связи между удельным весом тел в их газообразном состоянии и массами их атомов. Анналы философии , 7: 111–13. Интернет-перепечатка
  3. Перейти ↑ Lederman, Leon (1993). Частица Бога .
  4. ↑ Джон Л. Хейлброн (14 февраля 2003 г.). Оксфордский компаньон по истории современной науки . Издательство Оксфордского университета. С. 683–. ISBN 978-0-19-974376-6.
  5. ^ Масс-спектры и изотопы Фрэнсис У. Астон, лекция Нобелевской премии 1922 г.
  6. ^ Харкинс WD (1925). «Разделение хлора на изотопы (изотопные элементы) и правило целых чисел для атомных весов» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 11 (10): 624–8. Bibcode : 1925PNAS ... 11..624H . DOI : 10.1073 / pnas.11.10.624 . PMC 1086175 . PMID 16587053 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гладстон, Сэмюэл (1947). «Уильям Праут (1785-1850)». Журнал химического образования . 24 (10): 478–481. Bibcode : 1947JChEd..24..478G . DOI : 10.1021 / ed024p478 .
  • Бенфей, О. Теодор (1952). «Гипотеза Праута». Журнал химического образования . 29 (2): 78–81. Bibcode : 1952JChEd..29 ... 78В . DOI : 10.1021 / ed029p78 .
  • Зигфрид, Роберт (1956). «Химическая основа гипотезы Праута». Журнал химического образования . 33 (6): 263–266. Bibcode : 1956JChEd..33..263S . DOI : 10.1021 / ed033p263 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Полуэмпирическая формула для атомных масс.