О ЧЁМ ГОВОРИТ ЛУЧ СВЕТА

СВЕТ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

С оптическими спектрами атомов мы имеем дело с первых страниц нашей книжки. Это их наблюдали физики на заре спектрального анализа. Это они служили приметами для опоз­навания химических элементов, ибо у каждого химического элемента они особенные*

Теперь физики «прошлись» вдоль всей таблицы Менде­леева и внимательно сравнили оптические спектры элементов. Они сопоставили спектры и с химическими свойствами эле­ментов. Результаты получились интересные.

Возьмём, например, из таблицы Менделеева следующие элементы: № 2 — гелий, № 10 — неон, № 18 — аргон, № 36 — криптон, № 54 — ксенон. Все они стоят в одном столбце, Все они — газы, которые не вступают в химические соедине­ния с другими элементами в обычных условиях; это — инерт­ные газы. Оказывается, что на их возбуждение нужно затра­тить сравнительно бблыную энергию, обстрелять их более быстрыми электронами, и только тогда они начнут излучать. Это связано с тем, что наружный электронный слой этих атомов образует замкнутую группу электронов, прочно свя­занную с ядром.

В первом столбце периодической таблицы стоят металлы: № 3 — литий, № 11 — натрий, № 19 — калий, № 37 — рубидий, №55 — цезий. Они называются щелочными металлами. Щелоч­ные металлы легко вступают в соединения с другими элемен­тами. В наружном слое у этих элементов всего по одному электрону, слабо связанному с ядром. Оказывается, что и оптические спектры возбудить у них легче, чем у других элементов. Необходимая для этого энергия в 5—10 раз меньше, чем для возбуждения инертных газов.

Из сопоставлений оптических спектров и химических свойств элементов можно сделать замечательный вывод: если хими­ческие свойства элементов похожи друг на друга (такие эле­менты стоят в одном столбце), то и строение их спектров

Похоже друг на друга. Следовательно, у них и строение оптических электронных оболочек также похоже друг на друга!

Так была установлена связь оптических спектров с хими­ческими свойствами элементов.

Огромную работу по спектральному анализу атомов про­делала группа советских физиков, руководимая академиком

Д. С. Рождественским. Эта группа начала свою работу в 1918 году в только что созданном молодой тогда советской властью Государственном оптическом институте. В частности, Д. С. Рождественский исследовал и установил закономер­ности спектров щелочных металлов и строение их электрон­

Ных слоев.

Особенно большое значение для химии имело изучение спектров сложных веществ, или так называемых молекуляр­ных спектров. Молекула — это сложная частица, состоящая из химически связанных друг с другом атомов. У молекул спектр совсем другого вида, чем у атомов. Молекулярный спектр — не линейчатый, а полосатый. Вместо отдельных линий в молекулярных спектрах видны широкие полосы. Каж­дая полоса — это совокупность множества отдельных линий. Полосатые молекулярные спектры получаются при сравнительно невысоких температурах, например в газовой горелке (1800 гра­дусов). При очень высоких температурах, например в электри­ческой дуге (5000—6000 градусов), большинство молекул слож­ных веществ разлагается на отдельные атомы, полосатый спектр исчезает, появляются линейчатые спектры атомов, со­ставлявших молекулу.

Раньше химик изучал сложные вещества так. Он выяснял, при каких условиях различные атомы соединяются друг с другом; каковы весовые отношения отдельных элементов в сложном веществе; каковы свойства полученного вещества. Но от химика было скрыто главное: он не знал, какая пере­стройка происходит в атомах при соединении их в молекулу, не знал, почему одни вещества соединяются друг с другом, а другие нет. Это затрудняло сознательное управление хими­ческими процессами.

Изучение спектров помогло и здесь. По тому, какие спектры испускают молекулы сложных веществ, как они рас­сеивают падающий на них свет, можно многое узнать о строении по крайней мере простейших молекул.

Большие исследования в этой области были проведены советскими академиками Г. С. Ландсбергом и Л. И. Ман­дельштамом.

Большое число экспериментальных и теоретических работ в области исследования свечения растворов красителей про­ведено академиком С. И. Вавиловым. Он установил законы свечения молекул, позволяющие раскрыть механизм их воз­буждения. Его исследования дают возможность судить об особенностях строения молекул красителей. Работы С. И. Ва­вилова удостоены Сталинской премии.

Теперь известно, что в ходе химических процессов пере­страиваются оптические электронные слои атомов, и из них образуется общая электронная оболочка молекулы. Изучение строения молекул с помощью молекулярных спектров позво­ляет химику находить средства ускорять течение химических процессов, более того, создавать новые химические соедине­ния, которые раньше в природе не наблюдались и свойства которых заранее задаются.

А это означает, что человек всё больше становится ак­тивным творцом, который не только наблюдает, но и направ­ляет процессы природы, преобразует её на основе познанных законов.