Hipoteza Prouta - Prout's hypothesis

Hipoteza Prouta była początkową XIX-wieczną próbą wyjaśnienia istnienia różnych pierwiastków chemicznych poprzez hipotezę dotyczącą wewnętrznej struktury atomu . W 1815 i 1816 roku angielski chemik William Prout opublikował dwie prace, w których zauważył, że zmierzone masy atomowe pierwiastków znanych w tamtym czasie wydają się być całkowitymi wielokrotnościami masy atomowej wodoru . Następnie postawił hipotezę, że atom wodoru jest jedynym prawdziwie fundamentalnym obiektem, który nazwał protylem , a atomy innych pierwiastków są w rzeczywistości grupami o różnej liczbie atomów wodoru.

Hipoteza Prouta wpłynęła na Ernesta Rutherforda, kiedy w 1917 roku udało mu się „wybić” jądra wodoru z atomów azotu cząstkami alfa, i w ten sposób doszedł do wniosku, że być może jądra wszystkich pierwiastków składają się z takich cząstek (jądra wodoru), które w 1920 zasugerował, aby nazwać go protonami , od przyrostka „-on” oznaczającego cząstki, dodanego do rdzenia słowa Prouta „protyle”. Założenie, o którym mówił Rutherford, dotyczyło jądra składającego się z protonów Z+N=A plus elektronów N w jakiś sposób uwięzionych w środku, zmniejszając tym samym ładunek dodatni do +Z, co zaobserwowano i niejasno wyjaśniając radioaktywność rozpadu beta. Wiadomo było, że taka konstytucja jądrowa jest niezgodna z dynamiką zarówno klasyczną, jak i wczesną kwantową, ale wydawała się nieunikniona aż do hipotezy neutronowej Rutherforda i odkrycia Chadwicka.

Rozbieżność między hipotezą Prouta a znaną zmiennością niektórych mas atomowych do wartości dalekich od całkowitych wielokrotności wodoru, została wyjaśniona w latach 1913-1932 odkryciem izotopów i neutronu . Zgodnie z regułą liczb całkowitych Francisa Astona hipoteza Prouta jest poprawna dla mas atomowych poszczególnych izotopów, z błędem co najwyżej 1%.

Wpływ

Hipoteza Prouta pozostawała wpływowa w chemii przez całe lata dwudzieste XIX wieku. Jednak dokładniejsze pomiary mas atomowych, takie jak te opracowane przez Jönsa Jakoba Berzeliusa w 1828 roku lub Edwarda Turnera w 1832 roku, obaliły tę hipotezę. W szczególności ciężar atomowy chloru , który jest 35,45 razy większy od ciężaru wodoru , nie mógł być wówczas wyjaśniony hipotezą Prouta . Niektórzy wymyślili ad hoc twierdzenie, że podstawową jednostką jest połowa atomu wodoru, ale pojawiły się dalsze rozbieżności. Doprowadziło to do hipotezy, że jedna czwarta atomu wodoru jest wspólną jednostką. Chociaż okazały się błędne, te przypuszczenia stały się katalizatorem dalszych pomiarów mas atomowych.

Podejrzewano, że rozbieżność w masach atomowych jest wynikiem naturalnego występowania wielu izotopów tego samego pierwiastka. FW Aston odkrył wiele stabilnych izotopów dla wielu pierwiastków za pomocą spektrografu mas . W 1919 Aston zbadał neon z wystarczającą rozdzielczością, aby wykazać, że dwie masy izotopowe są bardzo zbliżone do liczb całkowitych 20 i 22, i że żadna z nich nie jest równa znanej masie molowej (20,2) gazu neonowego.

W 1925 roku okazało się, że problematyczny chlor składa się z izotopów ³⁵ Cl i ³⁷ Cl , w takich proporcjach, że średnia masa naturalnego chloru była około 35,45 razy większa niż wodoru. W przypadku wszystkich pierwiastków, każdy pojedynczy izotop o liczbie masowej A ostatecznie okazał się mieć masę bardzo zbliżoną do A razy masa atomu wodoru, z błędem zawsze mniejszym niż 1%. To jest bliskie pominięcia praw Prouta. Niemniej jednak nie znaleziono zasady, która pozwalałaby lepiej przewidywać masy izotopów dla wszystkich izotopów, głównie ze względu na defekty masy wynikające z uwolnienia energii wiązania w jądrach atomowych podczas ich tworzenia.

Chociaż wszystkie pierwiastki są produktem syntezy jądrowej wodoru w wyższe pierwiastki, obecnie wiadomo, że atomy składają się zarówno z protonów (jąder wodoru), jak i neutronów . Współczesna wersja reguły Prouta mówi, że masa atomowa izotopu o liczbie protonowej ( liczbie atomowej) Z i liczbie neutronowej N jest równa sumie mas wchodzących w jego skład protonów i neutronów, minus masa energii wiązania jądra, wada masowa . Zgodnie z zasadą liczb całkowitych zaproponowaną przez Francisa Astona masa izotopu jest w przybliżeniu, ale nie dokładnie, liczbą masową A ( Z  +  N ) razy jednostkę masy atomowej (u), plus lub minus rozbieżność energii wiążącej – masa atomowa jednostka będąca nowoczesnym przybliżeniem „masy atomu protonu, neutronu lub wodoru”. Na przykład żelazo-56 atomów (które mają jedną z najwyższych energii wiązania) ważą tylko około 99,1% więcej niż 56 atomów wodoru. Brakujące 0,9% masy reprezentuje energię utraconą, gdy jądro żelaza zostało utworzone z wodoru wewnątrz gwiazdy. (Patrz gwiezdna nukleosynteza .)

Aluzje literackie

W swojej powieści 1891 poczynaniach Raffles Haw , Arthur Conan Doyle opowiada o włączeniu elementów do innych elementów zmniejszając liczbę atomową , aż zostanie osiągnięta szarej.

W jego 1959 powieści Życie i los , Wasilij Grossman główny znak „s fizyk Wiktor Shtrum, odbija się na hipotezie prout chodzi o wodór jest źródłem innych elementów (i trafny fakt, że niepoprawne dane prout doprowadziły do zasadniczo prawidłowego wniosku), jak martwi się niemożnością sformułowania własnej tezy.

Zobacz też

• Energia wiązania

Bibliografia

Przypisy

Cytaty

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

• Półempiryczny wzór mas atomowych