ЭЛЕКТРОНЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В АТОМАХ

Т) тридцатых годах прошлого века при изучении дей - ствия тока на различные растворы учёные впервые столкнулись с одним очень интересным явлением. Это яв-

Ление можно обнаружить в следующем простом опыте.

Нальём в стакан (рис. 3) крепкий раствор соляной кислоты (соляная кислота — это химическое соединение
водорода с хлором) и опустим туда две платиновые пла­стинки — электроды. Соединим их с полюсами какого-ни­будь источника постоянного электрического тока, напри­мер, батареи. Мы увидим, что на электродах начнут по­являться пузырьки газов. На электроде, соединённом с положительным полюсом батареи, выделяется газ хлор, а на отрицательном — водород.

Будем пропускать через раствор соляной кислоты ток силой в один ампер. Это значит, что каждую секунду через раствор проходит громадный электрический заряд, равный одному кулону.

Заметим кстати, что ток силой в один ампер — это сравнительно слабый ток. В технике часто приходится иметь дело с токами в десятки тысяч ампер.

Но если бы нам удалось получить два заряда в один кулон каждый на двух телах, удалённых один от другого на целый километр, то они оттолкнулись бы или притя­нулись (в зависимости от знаков зарядов) с силой при­близительно в 900 килограммов. Практически такие за­ряды получить нельзя. В рассмотренных нами опытах по электризации трением мы имеем дело с зарядами, кото­рые едва ли достигают стомиллионных долей кулона.

Если собрать и взвесить весь хлор, который выде­лился при прохождении через раствор одного кулона электричества, то оказалось бы, что на электроде выде­лилось 0,367 миллиграмма хлора. Когда через раствор пройдёт 10 кулонов электричества, хлора выделится ровно в 10 раз больше, то-есть 3,67 миллиграмма. То же самое можно заметить и на отрицательном электроде: если че­рез раствор пройдёт один кулон электричества, то выде­лится одна сотая миллиграмма водорода, а если пройдёт 10 кулонов, то выделится одна десятая миллиграмма во­дорода, то-есть опять-таки ровно в 10 раз больше. Сколько бы раз мы ни повторяли этот опыт, результат будет один и тот же.

Вместо соляной кислоты можно взять, например, по­варенную соль — соединение хлора с металлом натрием — и проделать такой же опыт с раствором этой соли. Ока­зывается, и в этом случае можно подметить то же самое: при прохождении через раствор одного кулона электри­чества на положительном электроде всегда выделяется именно 0,367 миллиграмма хлора.

Как можно объяснить это поразительное соотноше­ние? Почему одному и тому же количеству электричества так строго соответствует одно и то же количество ве­щества?

Вспомним, как построены окружающие нас тела. Все они состоят из мельчайших частиц — атомов. Атомы мо­гут соединяться друг с другом в более сложные ча­стицы — молекулы. Соляная кислота, например, со­стоит из таких сложных частиц. В каждую молекулу её входит один атом водорода и один атом хлора. Но если оба эти газа начинают выделяться из раствора соляной кислоты под действием тока, то, значит, молекулы соля­ной кислоты разрушаются, распадаются в растворе на отдельные атомы.

Водород всегда выделяется из раствора на отрица­тельном электроде. Не означает ли это, что атомы водо­рода каким-то путём получают в растворе положитель­ный заряд? Тогда они, конечно, будут притягиваться к отрицательному электроду, как притягивается положи­тельно заряженный бузинный шарик к наэлектризован­ной палочке сургуча.

Так же просто мы можем объяснить и выделение хлора на положительном полюсе: атомы хлора получают отрицательный заряд и поэтому идут к положительному электроду.

Но почему же одинаковое количество электричества, прошедшего через раствор, всегда связано с одним и тем же количеством выделенного у электродов вещества, то-есть с одним и тем же числом атомов? Может быть, и электрический заряд тоже состоит из отдельных атомов электричества? Тогда можно предположить, что каждый атом вещества несёт с собой один или несколько атомов электричества. И если это действительно так, то мы легко объясним результаты опыта: если через раствор прошёл заряд в один кулон, то, значит, этот заряд был перене­сён каким-то совершенно определенным числом атомов ве­щества.

Можно ли узнать, какой заряд несёт с собой через раствор каждый атом, например атом хлора? Можно. Для этого нужно только подсчитать, сколько всего ато­мов хлора выделилось на электроде. Мы знаем, что если через раствор прошёл один кулон электричества, то

Выделилось 0,367 миллиграмма хлора. Вес одного атома хлора, как и вес атома любого другого элемента, хорошо известен; значит, можно подсчитать, сколько атомов находится в таком количестве хлора. Зная число атомов, которые перенесли с собой заряд в один кулон, нетрудно вычислить, какая доля кулона приходится на каждый атом.

Опыты по определению зарядов атомов проводились с растворами самых различных веществ, и вычисления зарядов привели к замечательным результатам. Оказа­лось, что атом хлора, атом водорода, атом натрия, а также атомы некоторых других веществ несут с собой всегда один и тот же и притом очень маленький заряд.

Он равен всего 1х710 ооо ооо ООО ООО ооо сюо кулона (у хлора этот заряд отрицательный, а у водорода и натрия положительный). Есть атомы, у которых заряд ровно вдвое или ровно втрое больше, чем у атомов водорода, но заряд атома никогда не бывает равным полутора, двум с половиной или вообще дробным долям заряда атома водорода.

Какой важный вывод мы можем отсюда сделать? По - видимому, наше предположение о том, что электрический заряд состоит из мельчайших неделимых порций положи­тельного и отрицательного электричества, из атомов электричества, вполне справедливо, и мы вправе считать, что электрические частицы тесно связаны с атомами лю­бых веществ. При растворении эти электрические частицы перемещаются от одного атома к другому так, что один «осколок» молекулы оказывается заряженным положи­тельно, а другой — отрицательно. Такие заряженные осколки молекул были названы ионами, — от грече­ского слова «ион», означающего идущий, странствую­щий. Электрический ток в растворах — это два встречных потока положительных и отрицательных ионов.