Monthly Archives Marzec 2015

Chadwick wykazał, że można obliczyć wielkość ładunku jądra atomowego metalu, badając przenikanie cząstek u przez dostatecznie cienkie blaszki. Promienie a ulegają przy tym pewnemu rozproszeniu, którego kąt zależny jest od rodzaju metalu. Poszczególne cząstki zostają niekiedy ugięte od swego pierwotnego kierunku pod kątem większym nawet od 90°, tak iż wywołują scyntylację na ekranie z siarczku cynkowego, ustawionym po tej samej stronie blaszki badanej co i źródło promieniowania. Z punktu widzenia modelu atomu Rutherforda kąt rozproszenia równoległej wiązki promieni u powinien być dla danej grubości blaszki tym większy, im wyższa jest liczba atomowa metalu.

Często wzajemna rozpuszczalność dwu cieczy nie jest nieograniczona. Po zmieszaniu z sobą takich cieczy (np. eteru i wody) otrzymuje się po ustaniu cieczy dwie warstwy ciekłe, a więc łącznie z parą — trzy fazy. Zmienność układu w myśl reguły faz równa się jedności (z = 2 + 2 — 3 = 1). To znaczy, że temperatura określa jednoznacznie zarówno skład wszystkich faz, jak i ogólną prężność pary. Stykające się z sobą fazy ciekłe, więc w powyższym przykładzie eter i woda, nie sta-

Główny cel alchemików — znalezienie kamienia filozoficznego i zamiana metali nieszlachetnych w złoto — nie został oczywiście osiągnięty. Dzięki jednak wykonywaniu niezliczonych operacji chemicznych udoskonalili oni metody ekspery- metalne destylacji, sublimacji, krystalizacji i in. i powiększyli znakomicie liczbę znanych preparatów chemicznych. Tak więc do znanych w starożytności metali doszły w okresie alchemicznym cynk, bizmut i antymon. Poznano też wiele soli, a pod koniec okresu kwas solny i mieszaninę jego z kwasem azotowym: wodę królewską, roztwarzającą nawet „króla metali” — złoto. Na okres alchemii przypada też poznanie wodorotlenków sodu i potasu oraz wyodrębnienie alkoholu przez destylację wina.

W roztworze nasyconym elektrolitu mocnego ustala się stan równowagi pomiędzy jonami w roztworze a fazą stałą. Równowaga ta ma charakter dynamiczny, tzn. w określonym czasie tyle samo jonów każ dego rodzaju przechodzi z fazy stałej do roztworu, ile się ich osadza na powierzchni kryształów w tym samym czasie. Szybkość u(>f),zjaką kationy elektrolitu przechodzą do roztworu, jest proporcjonalna do ogólnej powierzchni P fazy stałej oraz do liczby tych jonów rc(+), na jednostce powierzchni. i?(+) — 7Ć(t) -P- n{

O wartościowości względem wodoru można mówić tylko w odniesieniu do pierwiastków rodzin głównych, gdyż pierwiastki rodzin pobocznych nie tworzą z nim typowych połączeń. Pierwiastki trzech pierwszych grup układu dają z wodorem na ogół związki niezbyt trwałe (wodorki). Wartościowość pierwiastków jest w nich taka sama, jak i w tlenkach, tj. równa numerowi grupy. Również i węglowce, tworzące rodzinę główną grupy IV, są względem wodoru czter o wartościowe. Pierwiastki zaś grup dalszych (V—VII) wykazują w związkach z wodorem wartościowość, której liczbowa wartość maleje o 1 z każdą następną grupą. Tak więc pierwiastki grupy V mają w związkach wodorowych wartościowość 3, grupy VI — 2, wreszcie grupy VII — 1,

Różne pierwiastki wchodzą z sobą w połączenia w najrozmaitszych stosunkach atomowych. Co się tyczy w szczególności związków wodorowych zawierających poza wodorem jeden pierwiastek, to liczba atomów tego drugiego pierwiastka jest prawie zawsze mniejsza, a co najwyżej równa liczbie atomów wodoru. Tak więc atom chloru łączy się w chlorowodorze (HC1) z jednym atomem wodoru, w wodzie atom tlenu jest związany z 2 atomami wodoru (H20) itd. Można powiedzieć, że co do swej zdolności wchodzenia w z.wiązki atomy tych pierwiastków są równoważne jednemu, dwu itd. atomom wodoru. Liczbę wskazującą, ile atomów wodoru przyłączać może jeden atom danego pierwiastka, nazwano wartościowością tego pierwiastka. Mówi się więc, że chlor jest pierwiastkiem jednowartościowym, tlen — dwuwartościowym itd.

Zjawisko izomorfizmu, zaobserwowane po raz pierwszy przez M i t- scherlicha w roku 1820, polega na tym, że dwie lub kilka substancji mają bardzo podobną postać krystaliczną, analogiczną strukturę i mogą tworzyć jednolite kryształy mieszane o dowolnych stosunkach ilościowych.

– 1 Tlen 49,4 14 Mangan 0,085

– 2 Krzem 23,75 15 Siarka 0,048

– 3 Glin 7,51 16 Bar 0,047

– 4 Żelazo 4,7- 17 Chrom 0,033

W przytoczonym przykładzie atom boru odgrywa rolę akceptora, atom azotu — rolę donora. BF3 może równie dobrze przyłączać zamiast cząsteczki amoniaku jeszcze jeden jon F, który ma przecież aż 4 „wolne” dublety elektronowe. Powstaje przy tym anion BF/- o zupełnie symetrycznej budowie, w którym wszystkie 4 jony fluorkowe są zupełnie równorzędne:

Dokładniejsze zbadanie promieni wysyłanych przez pierwiastki promieniotwórcze pozwoliło stwierdzić, że są one trojakiego rodzaju. Rodzaje te oznacza się jako promienie u, j), 7. Różnią się one od siebie przede wszystkim swoim zachowaniem w polu magnetycznym i elektrycznym. Promienie 7 nie ulegają ugięciu pozostałe zaś dwa rodzaje są odchylane w dwu przeciwnych kierunkach, przy czym promienie znacznie silniej niż promienie «. Z innych własności promieni 7, m. im z szybkości ich rozchodzenia się w próżni (3 1010 cm/sek), okazało się następnie, że są one rodzajem promieniowania elektromagnetycznego, a więc co do swej natury identyczne z promieniami Hertza, promieniami cieplnymi, świetlnymi, nadfiołkowymi oraz niedługo przedtem odkrytymi przez Róntgena promieniami X. Od tamtych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego promienie 7 różnią się nierównie większą częstotliwością drgań, a więc mniejszą długością fali. Długość ta jest dla promieni 7 rzędu 108—10_!i cm wówczas, gdy dla promieni X jest ona przeciętnie 100 razy większa, a dla promieni światła widzialnego wynosi 4-10-a—8 10″3 cm. Dzięki tej małej długości fali promienie 7 są jeszcze „twardsze” od najtwardszych promieni X, tzn. są bardziej od nich przenikliwe i trudniej ulegają załamaniu i ugięciu.

Rozpad naturalnych pierwiastków promieniotwórczych jest procesem samorzutnym, którego szybkość i kierunek przebiegu są niezależne od jakiejkolwiek ingerencji człowieka. Chociaż więc zachodzi tu przemiana jednego pierwiastka w drugi, nie jest to jeszcze transmutacja pierwiastków, kierowana przez świadomą wolę ludzką, która stanowiła nieosiągalny cel wysiłków alchemików średniowiecza. O możliwości sztucznego przekształcania jednego pierwiastka w drugi przekonał się po raz pierwszy Rutherford (1919), badając w komorze Wilsona (§68) tory cząstek wysyłanych przez ThC w czystym azocie (rys. 84). Obok licznych normalnych torów o przebiegu prostoliniowym zauważył on w bardzo niewielu przypadkach rozszczepienie pojedynczych torów na dwa, z których jeden wykazywał zasiąg znacznie większy niż użyte promieniowanie oc. Analiza matematyczna otrzymanego zdjęcia doprowadziła do wniosku, że ten ślad o dużym zasięgu wywołany został przez jądro atomu wodorowego, czyli proton. Rutherford przyjął, że proton ten został wytrącony z jądra azotu wskutek zderzenia z cząstką a (jądrem helu). Pozostałe części zderzających się jąder tworzą jądro tlenu 17o.

Znacznie częściej otrzymuje się jednak roztwory koloidowe z układów jednolitych drogą łączenia poszczególnych cząsteczek substancji rozproszonej w większe zespoły (metody kondensacyjne). Najczęściej wykorzystuje się do tego celu reakcje chemiczne, w wyniku których powstają substancje trudno rozpuszczalne w danym ośrodku w postaci subtelnie rozdrobnionego osadu. Koloidowe roztwory metali szlachetnych, jak złota, platyny, srebra, można otrzymać np, redukując ich rozpuszczalne sole fosforem w roztworze eterowym, wodorem in statu nas- cendi, solami hydrazyny itp. W wyniku powolnego utleniania wodnego roztworu siarkowodoru tlenem powietrza powstaje subtelna zawiesina siarki w wodzie (§ 143). Hydroliza soli niektórych metali, jak chromu, zelaza, glinu, których tlenki mają charakter bardzo słabych zasad, prowadzi do powstawania koloidowych roztworów tych tlenków. Zole trudno rozpuszczalnych soli otrzymuje się zwykle na drodze odpowiednich reakcji wymiany podwójnej. Działając np. gazowym siarkowodorem na rozcieńczone roztwory tlenku arsenawego, otrzymuje się siarczek arsenawy nie w postaci wyraźnego osadu, lecz w roztworze koloidowym (§ 205). W podobny sposób otrzymuje się też koloidowe roztwory innych siarczków. ‘ roztwór koloidowy

P że temperatura wrzenia roztworu T jest wyższa niż czystego rozpuszczalnika T0. Dla roztworów rozcieńczonych, jak wykazuje doświadczenie, podwyższenie temperatury wrzenia JT jest również wprost proporcjonalne do liczby gramocząsteczek substancji rozpuszczonych w określonej masie rozpuszczalnika i nie zależy od rodzaju tej substancji: Jiiizwa rozpuszczalnika Wzór Stała ©bulionie tryczna Temperatura wrzenia.

Pierwiastki rodzin pobocznych mają wszystkie na najwyższym poziomie niewielką liczbę (jeden lub dwa) elektronów. Stąd wynika ich charakter elektrododatni oraz częste podobieństwo pomiędzy pierwiastkami z różnych grup, zwłaszcza gdy występują one z jednakową wartościowością. W strukturze powłok elektronowych atomów pierwiastków należących do różnych rodzin tej samej grupy występują znaczne różnice, szczególnie w grupach wyższych. U pierwiastków rodzin pobocznych grup I i II przedostatni poziom ma całkowicie zapełnione podpoziomy s, p i d (razem 18 elektronów, por. tabl. 17), podczas gdy w ro- dżinach głównych tych grup zawiera on tylko 8 elektronów na podpozio- mach s i p. W grupach III—VIII pierwiastki rodzin pobocznych mają tylko częściowo zapełniony podpoziom d przedostatniego poziomu. Dlatego określa się je często jako pierwiastki „przejściowe”. Tak np. w grupie V pierwiastki rodziny głównej (azotowce) mają na najwyższym poziomie układ elektronów s2p-\ na przedostatnim zaś — s2pü lub s2p6d10. Natomiast układ elektronów najwyższych dwóch poziomów w atomie wanadu, należącego do pobocznej rodziny tej grupy, może być przedstawiony przez schemat: 3s2pBd‘4s2. Jednakże różnica podpoziomów energetycznych 3d i 4p jest tak niewielka, że przez nieznaczne pobudzenie nastąpić może przeskok jednego lub kilku elektronów d na wolne miejsca wyższego podpoziomu p. Gdy na skutek pobudzenia wszystkie elektrony d znajdą się na podpoziomie p ostatniego poziomu, wanad wykazuje zachowanie chemiczne zbliżone do pierwiastków rodziny głównej, W podobny sposób można też wyjaśnić zmienność wartościowości innych pierwiastków przejściowych oraz pierwiastków z rodziny miedziowców.