Материал: Конспект лекций для студентов специальности 1 48 01 02 Химическая технология органических веществ, материалов и изделий

= 0,0173 л = 17,3 мл

Ответ: V_р–ра = 17,3 мл.
Пример 3. Какая масса (кг) кристаллогидрата CuSO₄·5H₂O потребуется для приготовления раствора сульфата меди объемом 5 м³, С(CuSO₄) = 0,3 M?

Решение

а) из С(X) = n(X)/V_р–ра = n(CuSO₄)/ V_р–ра = 0,3 моль/л рассчитаем количество CuSO₄, необходимое для приготовления заданного раствора:

n(CuSO₄) = С(CuSO₄)×V_р–ра = 0,3×5000 = 1500 моль – такое же количество CuSO₄ должно содержаться в кристаллогидрате CuSO₄·5H₂O;

б) m(CuSO₄·5H₂O) = n(CuSO₄×5H₂O)×M(CuSO₄×5H₂O) = 1500×250 = 375000 г

или 375 кг

Ответ: m(CuSO₄·5H₂O) = 375 кг.
2 Строение атома. Периодический закон и таблица элементов Д.И.Менделеева
Составные части атомов, их масса и заряд. Пространственное разделение зарядов и массы в атомах: планетарная модель

Атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов. Вид атомов с одинаковым зарядом ядра называют элементом.

До конца XIX века полагали, что атом – простейшая неделимая частица, и это подтверждалось в большинстве химических реакций, т.к. вещества реагировали в строго определенных массовых отношениях.

Первые предположения о сложности строения атома появились при изучении электрохимических явлений, катодных лучей и др. явлений. В 1896 г. А.Беккерелем была открыта естественная (т.е. без внешнего воздействия) радиоактивность соединений урана – способность испускать «лучи», которые засвечивали фотографическую пленку. Позднее было установлено, что эти «лучи» представляют собой поток материальных заряженных частиц, α (ядра He²⁺) и β (электроны) (Э.Резерфорд), а также включает жесткое рентгеновское излучение (П.Виллар).

Таким образом, экспериментально было доказано, что атом – сложная структура, состоящая из более простых частиц (протонов, нейтронов, электронов). Масса покоя протона и нейтрона равны примерно 10^–27 кг, а масса покоя электрона примерно в 1000 раз меньше – 10^–30 кг. Заряды протона и электрона одинаковые, равные 1,610^–19 Кл (относительный заряд обеих частиц принят за +1 и –1 соответственно), заряд нейтрона равен нулю.

Естественно, что далее стал вопрос о том, как положительно и отрицательно заряженные частицы распределены в атоме? С позиций электростатики противоположно заряженные частицы

, вероятнее всего, должны быть равномерно перемешаны в объеме атома – именно такой была первая модель, предложенная Дж. Томсоном (1903 г.). Для экспериментального подтверждения такой модели в лаборатории Э.Резерфорда в 1911–1913 г.г. была проведена серия опытов по рассеянию потока α-частиц при бомбардировке ими тонкой фольги из различных металлов. Результат эксперимента оказался неожиданным: большая часть α-частиц проходила сквозь фольгу, как сквозь сито, не встречая какого-либо препятствия, и лишь малая их часть рассеивалась. Очевидно, что объяснение этому могло быть одно: большая часть объема атома занята частицами, с массой гораздо меньшей, чем у α-частиц (электронами), и, встречаясь с ними α-частицы не рассеивались; большая часть массы атома и весь его положительный заряд сосредоточены в малой части его объема – ядре, столкновение с которым и вызывало рассеяние α-частиц. Таким образом, положительно и отрицательно заряженные частицы в составе атома пространственно разделены, но почему вопреки законам электростатики они не «слипаются»?

Для снятия последнего противоречия Э.Резерфорд предложил модель, согласно которой электроны вращаются вокруг ядра подобно планетам вокруг Солнца, и действующая при этом центробежная сила компенсирует центростремительную силу электростатического притяжения к ядру. (На этом этапе заканчивается модель атома в рамках программы по химии в средней школе).

В то же время «планетарная модель атома» по Резерфорду не решила проблему устойчивости атома. Дело в том, что согласно законам электродинамики любая заряженная частица при движении излучает энергию (вспомните электромагнитное излучение линиями электропередач). По этой причине энергия движущихся электронов должна непрерывно уменьшаться, и результатом этого должно быть «слипание» их с ядром. На самом деле в отсутствие внешнего возбуждения атом не излучает энергию. Изменение энергии электронов происходит в результате поглощения энергии от внешнего ее источника и последующего ее излучения. При изучении спектров атомов было установлено, что при возбуждении атомов и возврате их в начальное состояние изменение энергии электронов происходит не непрерывно, а порциями («квантами»): в результате спектры атомов, и поглощения, и испускания, – линейчатые.

Объяснить эти свойства в рамках классической физики было невозможно. В то же время принципы квантования энергии были к тому времени уже известны для фотонов (М.Планк). С учетом этого Н.Бор предложил модель атома, основанную на принципе квантования энергии электронов (подробнее см. [1-3]). Однако вопрос о том, насколько обоснованно отождествлять энергетику фотонов,

проявляющих двойственные свойства, волновые и корпускулярные, и электронов – мельчайших, но материальных частиц, оставался открытым в течение последующих 10 лет.
Двойственная природа микрообъектов. Гипотеза де Бройля, волновое уравнение. Экспериментальное подтверждение волновых свойств электронов. Волновое уравнение Шредингера

В 1924 г. Луи де Бройль представил к защите диссертацию, из которой следовало, что волновыми свойствами должны обладать любые движущиеся материальные частицы, в том числе и электроны. Объединив правые части уравнений М.Планка (E = hν = hc/λ) и А.Эйнштейна (E = mc²), де Бройль вывел уравнение для расчета длины волны излучения движущейся частицы: