Гипотеза Праута - Prout's hypothesis

Гипотеза Праута была попыткой начала XIX века объяснить существование различных химических элементов с помощью гипотезы о внутренней структуре атома . В 1815 и 1816 годах английский химик Уильям Праут опубликовал две статьи, в которых он заметил, что атомные веса , измеренные для элементов, известных в то время, 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 представляют собой группы из различного числа атомов водорода.

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 пришел к выводу, 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». 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 смутно 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.

Расхождение 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%.

Влиять

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. 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 специальное утверждение, что основная единица представляет собой половину атома водорода, но возникли 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.

К 1925 году 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. 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 это 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, когда они образуются.

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 ), умноженному на атомную единицу массы (u), плюс или минус несоответствие энергии связи - атомная масса единица - это современное приближение 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

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 по существу правильному выводу), а он обеспокоен своей неспособностью сформулировать собственный тезис.

Смотрите также

• Связующая энергия

использованная литература

Сноски

Цитаты

дальнейшее чтение

внешние ссылки

• Полуэмпирическая формула для атомных масс.