что такое корпускула в химии
Значение слова «корпускула»
[От лат. corpusculum — тельце]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
«Корпускула (Corpusculum) — так Р. Броун назвал особые тельца, находящиеся в зародышевом мешке голосеменных растений, в морфологическом и физиологическом отношениях равнозначащие женским половым органам сосудистых тайнобрачных растений, так называемым архегониям. К. развиваются из поверхностных клеточек белка, соприкасающихся друг с другом или находящихся между другими клеточками; в одном зародышевом мешке их бывает от 2 до 15. Подобно архегонию, К. состоит из небольшой шейки, не выдающейся над белком канальцевой клеточки, так наз. яйцеклеточки, представляющей существенную часть К.; эта клеточка оплодотворяется и дает начало зародышу (см. Голосеменные)».
корпу́скула
1. устар. мельчайшая частица материи или эфира ◆ Мне это необходимо, чтобы я мог затеряться среди светящихся, по-венециански праздничных корпускул блистательного тела моей Галы. С. Дали, «Дневник одного гения»
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.
Вопрос: обвалиться — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?
Корпускула
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Корпускула» в других словарях:
корпускула — ы, ж. corpuscule f., нем. Korpuskel <лат. corpusculum тельце. физ. Мельчайшая частица вещества. Сл. 18. Атмоесфера и аэр ничто иное есть, токомо соткание многих корпускулев (или малых телес). Геогр. ген. 286. // Сл. 18. Лекс. Брокг.:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
КОРПУСКУЛА — (от лат. corpusculum частица), ч ца в классической (некваитовой) физике. Чаще употребляется прилагательное от К. корпускулярный, т. е. обладающий св вами ч цы. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А.… … Физическая энциклопедия
корпускула — частица Словарь русских синонимов … Словарь синонимов
корпускула — corpuscle Korpuskеl узагальнена назва дрібненьких частинок матерії (електронів, фотонів тощо) … Гірничий енциклопедичний словник
Корпускула — (Corpusculum) так Р. Броун назвал особые тельца, находящиеся в зародышевом мешке голосеменных растений, в морфологическом и физиологическом отношениях равнозначащие женским половым органам сосудистых тайнобрачных растений, так называемым… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Корпускула — ж. Очень малая частица материи (в классической физике). Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
корпускула — корпускула, корпускулы, корпускулы, корпускул, корпускуле, корпускулам, корпускулу, корпускулы, корпускулой, корпускулою, корпускулами, корпускуле, корпускулах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
корпускула — корп ускула, ы … Русский орфографический словарь
корпускула — (1 ж); мн. корпу/скулы, Р. корпу/скул … Орфографический словарь русского языка
Корпускулы
А́том (др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.
Атомы различного вида в различных количествах связанные межатомными связями образуют молекулы.
Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнеиндийскими и древнегреческими философами (см.: атомизм). В XVII и XVIII веках химикам удалось экспериментально подтвердить эту идею, показав, что некоторые вещества не могут быть подвергнуты дальнейшему расщеплению на составляющие элементы с помощью химических методов. Однако в конце XIX — начале XX века физиками были открыты субатомные частицы и составная структура атома, и стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым».
Содержание
Модели атомов
Современное представление об атоме
Сегодня общепринятой является модель атома, являющаяся развитием планетарной модели. Считается, что ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).
Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Положение атома в таблице Менделеева определяется количеством протонов, в то время как количество нейтронов на химические свойства практически не влияет; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов (см.: атомное ядро). Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).
Массу атома принято измерять в атомных единицах массы, равных 1 ⁄12 от массы атома стабильного изотопа углерода 12 C.
Строение
Субатомные частицы
Хотя слово атом в первоначальном значении обозначало частицу, которая не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит из более мелких частиц, называемых субатомными частицами. Атом состоит из электронов, протонов, все атомы кроме водорода-1 содержат также нейтроны.
Электрон является самой лёгкой из составляющих атом частиц с массой 9,11×10 −28 г, отрицательным зарядом и размером, слишком малым для измерения современными методами. [1] Протоны обладают положительным зарядом и в 1836 раз тяжелее электрона (1,6726×10 −24 г). Нейтроны не обладают электрическим зарядом и в 1839 раз тяжелее электрона (1,6929×10 −24 г). [2] При этом масса ядра меньше суммы масс составляющих её протонов и нейтронов из-за эффекта дефекта массы. Нейтроны и протоны имеют сравнимый размер, около 2,5×10 −15 м, хотя размеры этих частиц определены плохо. [3]
В стандартной модели элементарных частиц как протоны, так и нейтроны состоят из элементарных частиц, называемых кварками. Наряду с лептонами, кварки являются одной из основных составляющих материи. И первые и вторые являются фермионами. Существует шесть типов кварков, каждый из которых имеет дробный электрический заряд, равный + 2 ⁄3 или − 1 ⁄3 элементарного. Протоны состоят из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из одного u-кварка и двух d-кварков. Это различие объясняет разницу в массах и зарядах протона и нейтрона. Кварки связаны между собой сильными ядерными взаимодействиями, которые передаются глюонами. [4] [5]
Электронное облако
Термин «электронное облако» не совсем корректен с точки зрения квантовой механики, поэтому вместо него физики чаще всего говорят об «облаке вероятности».
Электроны в атоме притягиваются к протонам, находящимся в ядре, под действием электромагнитных сил. Эти силы удерживают электроны внутри потенциального барьера, окружающего ядро. Для того, чтобы электрон смог преодолеть притяжение ядра, ему необходимо передать энергию от внешнего источника. Чем ближе электрон находится к ядру, тем больше энергии для этого необходимо.
Электронам, как и другим частицам, свойственен корпускулярно-волновой дуализм. Электронное облако представляют собой часть потенциального барьера, в которой электронам соответствуют трёхмерные стоячие волны, не изменяющие своей формы с течением времени относительно ядра. Говорят, что электрон движется по орбитали. На самом же деле это состояние описывают волновой функцией, квадрат которой характеризует плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства в данный момент времени. Существует дискретный набор таких орбиталей, и электроны могут находиться длительное время только в этих состояниях, так как они являются наиболее устойчивыми.
Каждой орбитали соответствует свой уровень энергии. Электрон может перейти на уровень с большей энергией, поглотив фотон. При этом он окажется в новом квантовом состоянии с большей энергией. Аналогично, он может перейти на уровень с меньшей энергией, излучив фотон. Энергия фотона при этом будет равна разности энергий электрона на этих уровнях (см.: постулаты Бора).
Свойства
По определению, любые два атома с одним и тем же числом протонов в их ядрах относятся к одному химическому элементу. Атомы с одним и тем же количеством протонов, но разным количеством нейтронов называют изотопами данного элемента. Например, атомы водорода всегда содержат один протон, но существуют изотопы без нейтронов (водород-1, иногда также называемый протием — наиболее распространённая форма), с одним нейтроном (дейтерий) и двумя нейтронами (тритий). [6] Известные элементы составляют непрерывный натуральный ряд по числу протонов в ядре, начиная с атома водорода с одним протоном и заканчивая атомом унуноктия, в ядре которого 118 протонов. [7] Все изотопы элементов периодической системы, начиная с номера 83 (висмут) радиоактивны. [8] [9]
Масса
Поскольку наибольший вклад в массу атома вносят протоны и нейтроны, полное число этих частиц называют массовым числом. Массу покоя атома часто выражают в атомных единицах массы (а. е. м.), которая также называется дальтоном (Да). Эта единица определяется как 1 ⁄12 часть массы покоя нейтрального атома углерода-12, которая приблизительно равна 1,66×10 −24 г. [10] Водород-1 — наилегчайший изотоп водорода и атом с наименьшей массой, имеет атомный вес около 1,007825 а. е. м. [11] Масса атома приблизительно равна произведению массового числа на атомную единицу массы. [12] Самый тяжёлый стабильный изотоп — свинец-208 [8] с массой 207,9766521 а. е. м. [13]
Так как массы даже самых тяжёлых атомов в обычных единицах (например, в граммах) очень малы, то в химии для измерения этих масс используют моли. В одном моле любого вещества по определению содержится одно и тоже число атомов (примерно 6,022×10 23 ). Это число (число Авогадро) выбрано таким образом, что если масса элемента равна 1 а. е. м., то моль атомов этого элемента будет иметь массу 1 г. Например, углерод имеет массу 12 а. е. м., поэтому 1 моль углерода весит 12 г. [10]
Размер
Атомы не имеют отчётливо выраженной внешней границы, поэтому их размеры определяются по расстоянию между ядрами соседних атомов, которые образовали химическую связь. Радиус зависит от положения атома, его типа, вида химической связи, числа ближайших атомов (координационного числа) и квантово-механического свойства, известного как спин. [14] В периодической системе элементов размер атома увеличивается при движении сверху вниз по столбцу и уменьшается при движении по строке слева направо. [15] Соответственно, самый маленький атом — это атом гелия, имеющий радиус 32 пм, а самый большой — атом цезия (225 пм). [16] Эти размеры в тысячи раз меньше длины волны видимого света (400—700 нм), поэтому атомы нельзя увидеть в оптический микроскоп. Однако отдельные атомы можно наблюдать с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
Малость атомов демонстрируют следующие примеры. Человеческий волос по толщине в миллион раз больше атома углерода. [17] Одна капля воды содержит 2 секстиллиона (2×10 21 ) атомов кислорода, и в два раза больше атомов водорода. [18] Один карат алмаза с массой 0,2 г состоит из 10 секстиллионов атомов углерода. [19] Если бы яблоко можно было увеличить до размеров Земли, то атомы достигли бы исходных размеров яблока. [20]
Радиоактивный распад
У каждого химического элемента есть один или более изотопов с нестабильными ядрами, которые подвержены радиоактивному распаду, в результате чего атомы испускают частицы или электромагнитное излучение. Радиоактивность возникает, когда радиус ядра больше радиуса действия сильных взаимодействий (расстояний порядка 1 фм [21] ).
Существуют три основные формы радиоактивного распада: [22] [23]
Каждый радиоактивный изотоп характеризуется периодом полураспада, то есть временем, за которое распадается половина ядер образца. Это экспоненциальный распад (англ.), который вдвое уменьшает количество оставшихся ядер за каждый период полураспада. Например, по прошествии двух периодов полураспада в образце останется только 25 % ядер исходного изотопа. [21]
Магнитный момент
Элементарные частицы обладают внутренним квантовомеханическим свойством известным как спин. Оно аналогично угловому моменту объекта вращающегося вокруг собственного центра масс, хотя строго говоря, эти частицы являются точечными и нельзя говорить об их вращении. Спин измеряют в единицах приведённой планковской постоянной (
), тогда электроны, протоны и нейтроны имеют спин равный ½ . В атоме электроны обращаются вокруг ядра и обладают орбитальным угловым моментом помимо спина, в то время как ядро само по себе имеет угловой момент благодаря ядерному спину. [24]
Магнитное поле, создаваемое магнитным моментом атома, определяется этими различными формами углового момента, как и в классической физике вращающиеся заряженные объекты создают магнитное поле. Однако, наиболее значительный вклад происходит от спина. Благодаря свойству электрона как и всех фермионов подчиняться правилу запрета Паули, по которому два электрона не могут находится в одном и том же квантовом состоянии, связанные электроны спариваются друг с другом, и один из электронов находится в состоянии со спином вверх, а другой — с противоположной проекцией спина — состояние со спином вниз. Таким образом магнитные моменты электронов сокращаются, уменьшая полный магнитный дипольный момент системы до нуля в некоторых атомах с чётным числом электронов. [25]
В ферромагнитных элементах, таких как железо, нечётное число электронов приводит к появлению неспаренного электрона и к ненулевому полному магнитному моменту. Орбитали соседних атомов перекрываются, и наименьшее энергетическое состояние достигается, когда все спины неспаренных электронов принимают одну ориентацию, процесс известный как обменное взаимодействие. Когда магнитные моменты ферромагнитных атомов выравниваются, материал может создавать измеримое макроскопическое магнитное поле. Парамагнитные материалы состоят из атомов, магнитные моменты которых разориентированы в отсутствии магнитного поля, но магнитные моменты отдельных атомов выравниваются при приложении магнитного поля. [25] [26]
Ядро атома тоже может обладать ненулевым полным спином. Обычно при термодинамическом равновесии спины ядер ориентированы случайным образом. Однако, для некоторых элементов (таких как ксенон-129) возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами —состояния называемого гиперполяризацией. Это состояние имеет важное прикладное значение в магнитно-резонансной томографии. [27] [28]
Энергетические уровни
Когда электрон находится в связанном состоянии в атоме, он обладает потенциальной энергией, которая обратно пропорциональна его расстоянию от ядра. Эта энергия обычно измеряется в электронвольтах (эВ) и равна энергии, которую надо передать электрону, чтобы сделать его свободным (оторвать от атома). Согласно квантовомеханической модели атома связанный электрон может занимать только дискретный набор разрешённых энергетических уровней — состояний с определённой энергией. Наинизшее из разрешённых энергетических состояний называется основным, а все остальные — возбуждёнными. [29]
Для перехода электрона с одного энергетического уровня на другой нужно передать ему или отнять у него энергию. Это происходит путём соответственно поглощения или испускания фотона, причём энергия этого фотона равна абсолютной величине разности энергий начального и конечного уровней электрона. Энергия испущенного фотона пропорциональна его частоте, поэтому переходы между разными энергетическими уровнями проявляются в различных областях электромагнитного спектра. [30] Каждый элемент имеет уникальный спектр испускания, который зависит от заряда ядра, заполнения электронных подоболочек, взаимодействия электронов, а также других факторов. [31]
Когда излучение с непрерывным спектром проходит через вещество (например, газ или плазму), некоторые фотоны поглощаются атомами или ионами, вызывая электронные переходы между энергетическим состояниями, разность энергий которых равна энергии поглощённого фотона. Затем эти возбуждённые электроны спонтанно переходят на уровень, лежащий ниже по энергии, снова испуская фотоны. Таким образом, вещество ведёт себя как фильтр, превращая исходный непрерывный спектр в спектр поглощения, в котором имеются серии тёмных полос. При наблюдении с тех углов, куда не направлено исходное излучение, можно заметить излучение с эмиссионным спектром, испускаемое атомами. Спектроскопические измерения энергии, амплитуды и ширины спектральных линий излучения позволяют определить вид излучающего вещества и физические условия в нём. [32]
Более детальный анализ спектральных линий показал, что некоторые из них обладают тонкой структурой, то есть расщеплены на несколько близких линий. В узком смысле «тонкой структурой» спектральных линий принято называть их расщепление, происходящее из-за спин-орбитального взаимодействия между спином и вращательным движением электрона. [33] Взаимодействие магнитных моментов электрона и ядра приводит к сверхтонкому расщеплению спектральных линий, которое, как правило, меньше, чем тонкое.
Если поместить атом во внешнее магнитное поле, то также можно заметить расщепление спектральных линий на две, три и более компонент — это явление называется эффектом Зеемана. Он вызван взаимодействием внешеного магнитного поля с магнитным моментом атома, при этом в зависимости от взаимной ориентации момента атома и магнитного поля энергия данного уровня может увеличиться или уменьшиться. При переходе атома из одного расщеплённого состояния в другое будет излучаться фотон с частотой, отличной от частоты фотона при таком же переходе в отсутствие магнитного поля. Если спектральная линия при помещении атома в магнитное поле расщепляется на три линии, то такой эффект Зеемана называется нормальным (простым). Гораздо чаще в слабом магнитном поле наблюдается аномальный (сложный) эффект Зеемана, когда происходит расщепление на 2, 4 или более линий (аномальный эффект происходит из-за наличия спина у электронов). При увеличении магнитного поля вид расщепления упрощается, и аномальный эффект Зеемана переходит в нормальный (эффект Пашена-Бака). [34] Присутствие электрического поля также может вызвать сравнимый по величине сдвиг спектральных линий, вызванный изменением энергетических уровней. Это явление известно как эффект Штарка. [35]
Если электрон находится в возбуждённом состоянии, то взаимодействие с фотоном определённой энергии может вызвать вынужденное излучение дополнительного фотона с такой же энергией — для этого должен существовать более низкий уровень, на который возможен переход, и разность энергий уровней должна равняться энергии фотона. При вынужденном излучении эти два фотона будут двигаться в одном направлении и иметь одинаковую фазу. Это свойство используется в лазерах, которые могут испускать когерентный пучок света в узком диапазоне частот. [36]
Валентность
Внешняя электронная оболочка атома, если она не полностью заполнена, называется валентной оболочкой, а электроны этой оболочки называются валентными электронами. Число валентных электронов определяет то, как атом связывается с другими атомами посредством химической связи. Путём образования химических связей атомы стремятся заполнить свои внешние валентные оболочки. [37]
Чтобы показать повторяющиеся химические свойства химических элементов, их упорядочивают в виде периодической таблицы (таблицы Менделеева). Элементы с одинаковым числом валентных электронов формируют группу, которая изображается в таблице в виде столбца (движение по горизонтальному ряду соответствуют заполнению валентной оболочки электронами). Элементы, находящиеся в самом правом столбце таблицы, имеют полностью заполненную электронами внешнюю оболочку, поэтому они отличаются крайне низкой химической активностью и называются инертными или благородными газами. [38] [39]
Корпускулярные свойства: определение понятия, отличие от волновых
Содержание:
Способность микрочастиц в небольшом объеме иметь свойства энергии и импульса определяется как корпускулярные свойства. Если подобные микрочастицы взаимодействуют друг с другом, то законы импульса и сохранения энергии соблюдаются. Корпускулярные свойства электрона заключаются в поведении электрона как частицы. Они также характерны для фотонов. Свет излучается и поглощается небольшими группами – корпускулами. Эйнштейн предполагал, что свет излучается потоками квантов. Эта идея легла в основу квантовой физики и объяснила механизм фотоэффекта.
Что такое корпускулярные свойства?
Частота волн света характеризуется числом выбитых электронов. Т.е. микрочастицы выходят с поверхности вне зависимости от яркости света, но при условии, что энергии достаточно. Это подтверждает формула:
Квант называют фотоном. Это реальная частица, которая не может находиться в состоянии покоя. Фотон не может существовать на одном месте, поэтому постоянно пребывает в движении.
Корпускулярно-волновой дуализм
Гипотеза де Бройля
Ученый де Бройль разработал гипотезу о том, что корпускулярно-волновая двойственность универсальна. С каждой микрочастицей связаны волновые (частота n и длина волны l) и корпускулярные свойства (энергия E и импульс p). Гипотеза для фотонов выражается через формулу:
Чем меньше длина волны, тем выше энергия и импульс. У таких микрочастиц волновые характеристики выражены слабо. Дуализм свойственен электромагнитному полю и имеет универсальный характер.
Значение корпускулярных свойств
Корпускулярные свойства микрочастиц были доказаны давно. Их можно обнаружить с помощью эксперимента в специальной камере Вильсона. Микрочастицы ионизируют в насыщенной паром камере. Ионы становятся центрами конденсации, наличие которых можно определить по штрихообразным следам. Таким образом, микрочастицы двигаются по определенной траектории и по свойствам схожи с обычными корпускулами.
Позднее было доказано, что микрочастицы обладают корпускулярно-волновыми свойствами. Перед нахождением волновых характеристик микрочастиц квантовая механика уже была достаточно развита. Свойства волны у микрочастицы на тот момент были доказаны только на теоретическом уровне. Учение о двойственности микрочастиц позволило науке шагнуть далеко вперед и раскрыть окружающий мир по-новому.
Корпускулы, корпускулярная теория
Основы атомно-молекулярного учения впервые были изложены Ломоносовым в 1741 году.
В своей работе «Элементы математической химии» Ломоносов сформулировал важнейшие положения созданной им, так называемой, корпускулярной теории строения вещества.
Согласно представлениям Ломоносова, все вещества состоят из мельчайших «нечувствительных» частичек, физически неделимых и обладающих способностью взаимного сцепления. Свойства веществ обусловлены свойствами этих частичек. Ломоносов различал два вида таких частиц: более мелкие — элементы, соответствующие атомам в современном понимании и более крупные корпускулы — которые мы называем теперь молекулами.
Каждая корпускула имеет тот же состав, что и все вещество. Химически различные вещества имеют и различные по составу корпускулы.
«Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом», и
«корпускулы разнородные, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе».
Из приведенных определений видно, что причиной различия веществ Ломоносов считал не только различие в составе корпускул, но и различное расположение элементов в корпускуле.
Ломоносов подчеркивал, что корпускулы движутся согласно законам механики. Без движения корпускулы не могут сталкиваться друг с другом или как-либо иначе действовать друг на друга и изменяться. Так как все изменения веществ обусловливаются движением корпускул, то химические превращения должны изучаться не только методами химии, но и методами физики и математики.