Файл: Татевский В.М. Классическая теория строения молекул и квантовая механика.pdf

частицу — атом, молекулу или ион с электронами) и свободных электронов *.

Такие состояния макротел называются состояниями высокотем­ пературной «плазмы». Для этих состояний введение понятия «хи­ мическая частица» также не имеет объективных оснований.

Из сказанного можно сделать два важных вывода:

1.Понятие «химической частицы» как некоторого структурного образования, состоящего из ядер и электронов, промежуточного между макротелом, с одной стороны, ядрами и электронами, с дру­ гой, является ограниченным, пригодным для приближенного опи­ сания внутреннего строения макротел далеко не при любых усло­ виях их существования, а только для не слишком высоких давле­ ний и не слишком высоких температур. Следовательно, и модель макротел как совокупностей химических частиц является ограни­ ченной, пригодной для описания строения макротел только в опре­ деленных интервалах физических условий.

2.Конкретное содержание понятия химической частицы опре­ деленного вида как структурной единицы макротела, находящегося

вопределенных физических условиях, не обязательно является оди­ наковым для разных макротел, содержащих частицы данного вида, или для разных физических условий существования макротела. Иными словами, для разных макротел, (которые можно прибли­ женно описать как системы, содержащие частицы определенного вида, или для макротела в разных физических условиях (агрегат­ ное состояние, температура, давление и т. д.) конкретные особен­ ности модели химической частицы определенного вида могут быть более или менее различны (по возможным ее состояниям и харак­ теристикам этих состояний).

Только для таких макротел, которые являются достаточно раз­ ряженными газами и при не слишком высоких температурах, мо­ дель химической частицы определенного вида достаточно точно совпадает с моделью, описывающей одну частицу данного вида,

изолированную в вакууме.

Виды химических частиц (молекулы, атомы, молекулярные и

атомные ионы). При приближенном рассмотрении макротел как совокупностей некоторых структурных образований — химических частиц вводится некоторая классификация этих частиц. Все хими­ ческие частицы могут быть классифицированы по различным ха­ рактеристикам.

Одной из важнейших характеристик является электрический за­ ряд. В зависимости от того, имеет ли частица электрический заряд или не имеет, химические частицы разделяются на электроней­ тральные и электрически заряженные.

Электронейтральные одноядерные химические частицы назы­ ваются обычно атомами, многоядерные — молекулами. Таким об-

* При сверхвысоких температурах кинетические энергии ядер и электронов столь велики, что при соударениях могут происходить и превращения ядер, т. е. ядерные реакции и другие превращения элементарных частиц.

и удельные физические свойства однородного макротела суще­ ственно зависят только от его относительного элементарного (ядер­ ного) состава, а не от абсолютного, т. е. не от абсолютных чисел ядер каждого вида в макротеле, то для отдельной частицы поло­ жение иное. Вообще говоря, ее свойства зависят существенно не от относительного содержания в ней ядер каждого вида, а от абсолют­ ных чисел ядер каждого вида, входящих в состав одной частицы.

Ядерный (элементарный) состав частицы характеризуется по­ этому абсолютными числами ядер каждого вида, входящих в ча­ стицу. Например, если частица содержит одно ядро азота и два ядра кислорода (частица двуокиси азота), то ее ядерный состав может быть изображен формулой * NO2, показывающей, какое аб­ солютное число ядер азота и кислорода содержится в одной ча­ стице (молекуле) двуокиси азота. Таким же образом — указанием абсолютного числа ядер данного вида индексом у символа соответ­ ствующего ядра (элемента) — может быть описан и ядерный со­ став частиц других видов. Например, для частицы, представляю­ щей собой молекулярный ион, содержащий одно ядро углерода и одно ядро хлора и несущий единицу положительного заряда, ядер­ ный состав опишется формулой СС1+ .

Поскольку для однородного макротела был важен только его относительный' ядерный состав, то последний мог с равным успе­ хом описываться как формулами с целыми индексами типа ( I , II) при символах элементов, так и формулами с дробными индексами типа (1,10), т. е. формулами с индексами, равными «ядерным до­ лям» ядер разных видов." Для описания ядерного состава одной частицы формула ( I , 10) не годится, так как при определении ядер­ ного состава одной частицы важно знать не относительный, а ее абсолютный ядерный состав, т. е. абсолютные значения чисел ядер разных видов, содержащихся в частице.

§ 2. Элементарный (ядерный) состав однородных макротел

ихимических частиц разных видов, входящих

всостав макротела

При рассмотрении ядерного состава макротела и ядерного со­ става отдельных частиц, которые, по нашим представлениям, вхо­ дят в состав данного макротела, прежде всего возникает вопрос:

с ядерным составом (абсолютным) отдельных частиц, из которых состоит данное макротело. Для решения этого вопроса необходимы экспериментальные данные по ядерному составу разных макротел

* Строго говоря, формула ядерного состава этой частицы должна быть за­ писана в виде N i 0 2 , однако индекс 1 у N, так же как и в других аналогичных случаях, обычно опускается,

и ядерному составу отдельных частиц, из которых состоят эти макротела.

Здесь мы только иллюстрируем общие положения и не будем рассматривать экспериментальные доказательства строения опре­ деленных макротел из частиц некоторых конкретных видов.

Метан. Макротело, представляющее собой некоторое количество газа метана при «нормальных условиях» (р = 1 атм, t = 25°С), имеет ядерный состав (относящийся к макротелу как целому), изображающийся формулой СН4 .

Это макротело при указанных условиях практически состоит из электронейтральных частиц (молекул) только одного вида, каж­ дая из которых содержит одно ядро углерода и четыре ядра водо­ рода.

Формула, описывающая ядерный состав одной молекулы, будет СН4. Таким образом, ядерный состав всего макротела и состав от­ дельной его частицы в данном случае одинаковы.

Во многих случаях, как и в приведенном примере, при опреде­ ленных условиях формула относительного ядерного состава макро­ тела совпадает с формулой абсолютного ядерного состава частиц, из которых состоит макротело. Однако во многих других случаях это не выполняется.

Так, если возьмем некоторое количество «обычного» метана при указанных «нормальных условиях», а затем изменим эти условия, например, сохраняя давление в 1 атм, повысим температуру до 1500—2000 °С *, то окажется, что полученное макротело будет со­ держать в своем составе другие виды частиц, чем газообразный метан при нормальных условиях, хотя валовый ядерный состав

ставу): СН 4 , СН 3 , СН 2 , СН, С2 , Н 2 и др.

Таким образом, в указанных условиях относительный элемен­ тарный (ядерный) состав всего рассматриваемого макротела (СН4 ) будет резко отличаться от абсолютного элементарного (ядерного) состава химических частиц разных видов, входящих в состав этого макротела.

Хлористый натрий (пары). Если нагреть кристаллический хло­ ристый натрий (поваренную соль) до температуры 1000—1200 °С в замкнутом первоначально эвакуированном пространстве, то пары над кристаллом хлористого натрия, т. е. определенное газообраз­ ное макротело будет иметь тот же элементарный состав, что и ис­ ходное макротело, именно состав, который может быть выражен формулой NaCl. Однако в паре над кристаллом NaCl будут при­ сутствовать частицы не одного, а нескольких видов, имеющие раз­ личный ядерный состав: NaCl, Na2 Cl2 , Na3 Cl3 и др.