Category Bez kategorii

Z wartości defektu masy można sądzić o wielkości energii potencjalnej, a więc i o trwałości danego jądra atomowego. Jądro jest tym trwalsze, im mniejsza jest jego energia potencjalna, czyli im większy defekt masy. Z przebiegu krzywej na rys. 85 wynika więc, że jądra pierwiastków leżących w układzie w pobliżu chromu są szczególnie trwałe. Dużą trwałością odznaczają się też jądra /’He, l2C i “’O, którym na wykresie odpowiadają punkty, leżące znacznie powyżej krzywej. Natomiast końcowe pierwiastki układu okresowego, położone na opadającej części krzywej, nacechowane są małą trwałością, co znajduje swój wyraz w ich zdolności do samorzutnego rozpadu.

Ten ostatni łączy się z drugim atomem tlenu, tworząc cząsteczkę O2. Elektroliza siarczanu potasowego prowadzi więc do utworzenia w roztworze wodorotlenku potasowego i kwasu siarkowego z równoczesnym wydzieleniem gazowego wodoru i tlenu. Są to wszystko wtórne produkty elektrolizy.

Krzywe kreskowane na rysunku 21 odpowiadają stanom równowagi nietrwałej. Jak widać z wykresu, we wszystkich warunkach w zetknięciu z roztworem nasyconym siedmiohydrat jest fazą nietrwałą, gdyż jego krzywa rozpuszczalności na całym przebiegu leży powyżej krzywej dla dziesięciohydratu.

Gdy na stężony roztwór soli naleje się ostrożnie czystej wody, unikając mechaniczniego wymieszania, wówczas po pewnym, niekiedy dość długim czasie sól przeniknie do górnej warstwy i nastąpi samorzutnie całkowite wyrównanie stężeń. Proces ten nazywa się, jak wiadomo, dyfuzją. Szczególnie pięknie można go zademonstrować na roztworze substancji zabarwionej, np. siarczanu miedziowego. Ta dążność do wyrównania stężeń występuje i wówczas, gdy oddzieli się roztwór od rozpuszczalnika błoną przenikliwą dla rozpuszczalnika, lecz nie przepuszczającą substancji rozpuszczonej. Jako takie, tzw. „błony półprzepusz- czalne”, służyć mogą: pergamin, pęcherz wołowy, a także sztucznie sporządzone błony z celulozy o najrozmaitszym stopniu przenikliwości. W przypadku umieszczenia błony półprzepuszczalnej pomiędzy roztworem a rozpuszczalnikiem wyrównanie stężeń nastąpić może jedynie' w ten sposób, że rozpuszczalnik przenikać będzie poprzez błonę do roztworu. Wyobraźmy sobie teraz naczynie zamknięte o ściankach pół- przepuszczalnych, wypełnione całkowicie roztworem i zaopatrzone w długą rurkę pionową (rys. 26). Naczynie to zanurzone jest w czystym rozpuszczalniku. W dążeniu do wyrównania stężeń po obu stronach błony rozpuszczalnik będzie przenikał do wnętrza. Objętość roztworu wzrasta, przez co poziom jego w rurce wznosi się dopóty, dopóki powstałe wskutek tego ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy nie przeciwstawi się dalszemu przenikaniu rozpuszczalnika do naczynia.

Ważniejsze własności fizyczne wody zestawione są w nagłówku § 31. Godne uwagi są pewne anomalie, jakie wykazuje woda w porównaniu z innymi substancjami. Do tych anomalii należy przede wszystkim sposób, w jaki objętość wody ciekłej zmienia się z temperaturą. Podczas

W roku 1886 Arrhenius zwrócił uwagę na fakt, zaobserwowany nieco wcześniej przez Raoulta, że wszystkie elektrolity dają w roztworze nienormalnie duże odchylenia od prawa Raoulta i prawa van’t Hoffa, tym większe na ogół, im lepiej przewodzą prąd. Aby więc uzgodnić obniżenie prężności pary ,lp albo zmianę temperatury wrzenia lub krzepnięcia roztworu JT, znalezione doświadczalnie, z wartością wynikającą z równań (IV,la), (IV,2), (IV,2a), (IV,3), trzeba prawą stronę tych równań pomnożyć przez współczynnik empiryczny i (współczynnik van’t Hoffa), którego znaczenie fizyczne wyniknie z dalszych wywodów.

Za pomocą ekranu z siarczku cynkowego można też oznaczyć tzw. zasięg promieni a, tj. maksymalną odległość od źródła promieniowania, do której sięga jeszcze ich działanie. Jak wykazały pomiary, zasięg ten w powietrzu w zwykłych warunkach jest rzędu kilku centymetrów i zależy od rodzaju pierwiastka promieniotwórczego. Dla radu np, wynosi on 3,30 cm, dla uranu — 2,63 cm. Dzięki pomysłowemu urządzeniu udało się też C. T, R. Wilsonowi (1911) uwidocznić tory cząstek « podczas przechodzenia przez gaz. W tzw. komorze Wilsona, napełnionej nasyconą parą wodną, wytwarza się przez raptowne rozprężenie i wywołane tym oziębienie stan przesycenia. Cząstki « na swej drodze poprzez gaz powodują jonizację jego cząsteczek, a utworzone jony stanowią ośrodki kondensacji przesyconej pary. Wzdłuż toru cząstki cc powstaje więc smuga mgły, złożonej z drobniutkich kropelek wody. Dla lepszego uwidocznienia tej smugi rzuca się na nią silne światło boczne i obserwuje na ciemnym tle. Można także utrwalić obraz toru cząstki a na płycie fotograficznej. Rysunek 34 przedstawia wygląd takiego zdjęcia, Tory poszczególnych cząstek, wychodzące z substancji promieniotwórczej we wszystkich kierunkach, mają przeważnie kształt linii prostych. Na niektórych tylko występują lekkie odchylenia od kierunku prostoliniowego, a do całkiem wyjątkowych należą przypadki wyraźnego załamania tych torów. Na podstawie kinetycznej teorii gazów należałoby natomiast oczekiwać, że cząstka «, zderzając się na swej drodze z cząsteczkami gazu o masie zazwyczaj wielokrotnie przewyższającej masę samej cząstki, powinna biec torem zygzakowatym. Z obliczeń wynika, że wzdłuż drogi paru cm, jaką cząstka a przebiega w gazie, liczba zderzeń wynosić powinna kilka tysięcy. Stąd wniosek, że cząstki a mogą swobodnie przenikać przez cząsteczki lub atomy gazu, nie napotykając z ich strony oporu. Przestrzeń uważana dotychczas za objętość własną atomu jest więc właściwie próżna, a składniki, z których w myśl hipotezy Rutherforda atom jest zbudowany, zajmują tylko drobny ułamek tej objętości.

Postać wielościanu, jaką przybiera kryształ swobodnie narastający w ośrodku ciekłym lub gazowym, stanowi również wyraz zewnętrzny jego anizotropii, a mianowicie różnej szybkości narastania w różnych kierunkach. Szybkość narastania w kierunkach równoległych jest natomiast zawsze jednakowa, tak iż poszczególne ściany pozostają podczas wzrostu kryształu równoległe do swoich poprzednich położeń. Na rysunku 55 przedstawiającym schematycznie proces narastania różnych ścian kryształu, odcinek xy jest miarą szybkości narastania ściany AB, odcinek uv — ściany BC, wz — ściany CD itd. Z rysunku widać, że ściany narastające z największą szybkością ulegają zanikowi, a do największego rozwoju dochodzą ściany o najmniejszej szybkości narastania. W ten sposób kryształy tej samej substancji mogą przybierać bardzo rozmaitą postać zewnętrzną, zawsze jednak kąty dwuścienne pomiędzy analogicznymi ścianami pozostają niezmienne w stałej temperaturze.

Wskutek bardzo wielkiej masy cząstek koloidowych w porównaniu z masą pojedynczych cząsteczek chemicznych liczba cząstek w roztworze koloidowym (w przypadku jednakowego stężenia wagowego) jest w odpowiednim stosunku mniejsza od liczby cząsteczek w roztworze o rozproszeniu cząsteczkowym. Wobec tego własności „osmotyczne” roztworu, tj. jego prężność pary nasyconej, temperatura wrzenia i krzepnięcia oraz ciśnienie osmotyczne, zależne wyłącznie od liczby, nie zaś od rodzaju cząsteczek (§ 42 i 43), w przypadku roztworów koloidowych prawie nie różnią się od odpowiednich własności czystego rozpuszczalnika. Oznaczenie wielkości cząstek koloidowych metodą np. kriometryczną lub ebułiometryczną wobec bardzo małej różnicy temperatur krzepnięcia lub wrzenia roztworu i rozpuszczalnika jest bardzo niepewne, zwłaszcza że najczęściej różnica ta spowodowana jest przez nieznaczne ilości elektrolitów, zanieczyszczających koloid. Z podobnych pomiarów można wyprowadzić tylko ten wniosek, że ciężar cząstek koloidowych, wyrażony w jednostkach ciężaru cząsteczkowego, jest liczbą bardzo wielką, rzędu kilkudziesięciu lub kilkuset tysięcy, a nawet i więcej. Wniosek ten potwierdzają wyniki pomiarów wykonanych innymi metodami.

Drugie prawo, do którego stosują się wszystkie przemiany chemiczne, znane jest pod nazwą prawa stałości stosunków. W myśl tego prawa ilości wagowe substancji wchodzące ze sobą w reakcję stoją do siebie, a także do ilości powstających produktów w ściśle określonych stosunkach, Na przykład 4 części wagowe siarki łączą się z 7 częściami żelaza, dając 11 części siarczku żelaza (liczby zaokrąglone). Gdyby wziąć nadmiar jednej z substancji reagujących (np. 7 części żelaza i 5 części siarki), nadmiar ten nie wejdzie -w reakcję i pozostanie niezmieniony. Określona ilość cynku wywiązuje z kwasem siarkowym zawsze tę samą ilość wodoru, niezależnie od ilości kwasu (byle ilość ta była wystarczająca do przereagowania z całą ilością cynku).

Pomiędzy stężeniami jonów H i OH- w rozcieńczonych wodnych roztworach elektrolitów istnieje więc ścisła zależność, wyrażona równaniem (VI,14). Znając [H ] można zawsze obliczyć [OH-] i odwrotnie. Dla scharakteryzowania kwasowości lub zasadowości roztworu można podawać stale stężenie tego samego rodzaju jonów, mianowicie jonów H. Że jednak zazwyczaj stężenie to wyrażone jest liczbą bardzo małą (zwłaszcza gdy chodzi o roztwory zasadowe), więc dla wygody zamiast samego stężenia podaje się jego logarytm dziesiętny. Logarytm ten we wszystkich prawie spotykanych w praktyce przypadkach jest liczbą ujemną. Umówiono się więc po prostu pomijać przed nim znak minus. Kwasowość lub zasadowość roztworu charakteryzuje więc logarytm .stężenia (ściślej aktywności) jonów wodorowych z przeciwnym znakiem, zwany wykładnikiem wodorowym i oznaczany symbolem pH (S dren sen, 1903): PH = – log10[H-] = log10 —. (VI, 15)

Opisane powyżej dwa rodzaje wiązań międzyatomowych, jonowe i kowalencyjne, stanowią przypadki skrajne, pomiędzy którymi istnieć może szereg typów pośrednich. W przypadku idealnego wiązania kowalencyjnego rozmieszczenie elektronów względem jąder obu połączonych atomów jest zupełnie symetryczne. Środek ładunków dodatnich przypada w tym samym punkcie, co środek ładunków ujemnych. Natomiast w przypadku idealnego wiązania jonowego wszystkie elektrony walencyjne skupiają się dokoła jednego z jąder. Rozmieszczenie ich względem obu jąder łącznie jest więc niesymetryczne, lecz każdy jon wzięty z osobna można uważać za zespół o symetrii kulistej. Środek ładunków dodatnich w takim idealnym wiązaniu jonowym przypada w jądrze atomu elektrycznie dodatniego, środek ładunków ujemnych — w jądrze atomu elektrycznie ujemnego.

Pod względem ilości, w jakiej występuje w dostępnej człowiekowi części wszechświata, wodór ustępuje niektórym innym pierwiastkom, zajmując dopiero dziewiąte miejsce {0,88%, por, tabl. 1, § 6). Jeśli jednak wziąć pod uwagę mały ciężar atomowy wodoru, tzn. jeśli porównywać ilości pierwiastków nie według liczby gramów, ale według liczby gramoatomów, wówczas wodór wysunie się na trzecie miejsce, tuż po krzemie. Niewielkie ilości wodoru występują w niektórych wyziewach wulkanicznych. Siady jego znajdują się też w powietrzu atmosferycznym, zwłaszcza w jego wyższych warstwach. Przeważną część ogól- nej ilości wodoru tworzy wodór związany z tlenem w wodzie, w której stanowi on Vg cześć na wagę. Prócz tego znaczne ilości wodoru związanego z węglem zawarte są w pokładach węgla kamiennego, złożach ropy naftowej oraz we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych.

Pomimo niezaprzeczalnych sukcesów osiągniętych przez teorię Bohra w interpretowaniu widma optycznego, jak również wielu innych własności wodoru, ma ona i braki, które w miarę postępu badań coraz bardziej wychodziły na jaw. Pomijając już pewną niczym nie uzasadnioną dowolność niektórych postulatów, leżących u podstaw tej teorii, oraz niejasność, z jaką przedstawia ona powstawanie kwantu energii promienistej o częstotliwości v podczas przeskoku elektronu z jednej orbity stacjonarnej na drugą, należy zaznaczyć, że w niektórych przypadkach, np. gdy chodzi o własności magnetyczne wodoru, teoria prowadzi do wniosków niezgodnych z wynikami obserwacji bezpośrednich. Poza tym zachowanie atomów wodoru wskazuje na to, że mają one symetrię kulistą, teoria Bohra natomiast, przedstawiająca atom na podobieństwo układu planetarnego, przewiduje dla atomu symetrię jednoosiową.