Prouts hypotese - Prout's hypothesis

Prouts hypotese var et forsøk på begynnelsen av 1800-tallet for å forklare eksistensen av de forskjellige kjemiske elementene gjennom en hypotese om atomets indre struktur . I 1815 og 1816 publiserte den engelske kjemikeren William Prout to artikler der han observerte at atomvektene som var målt for elementene som var kjent på den tiden, syntes å være hele multipler av atomvekten til hydrogen . Deretter antok han at hydrogenatomet var det eneste virkelig grunnleggende objektet, som han kalte protyle , og at atomene til andre elementer faktisk var grupper av forskjellige antall hydrogenatomer.

Prouts hypotese var en innflytelse på Ernest Rutherford da han lyktes med å "banke" hydrogenkjerner ut av nitrogenatomer med alfapartikler i 1917, og dermed konkludert med at kanskje kjernene til alle elementene var laget av slike partikler (hydrogenkjernen), som i 1920 foreslo han å bli kalt protoner , fra suffikset "-on" for partikler, lagt til stammen av Prouts ord "protyle". Antagelsen som diskutert av Rutherford var en kjerne bestående av Z +N = A -protoner pluss N -elektroner som på en eller annen måte ble fanget inne og derved reduserte den positive ladningen til +Z som observert og forklarer vagt radioaktivitet med beta -forfall. En slik atomkonstitusjon var kjent for å være uforenlig med dynamikk, enten klassisk eller tidlig kvantum, men virket uunngåelig til nøytronhypotesen av Rutherford og oppdagelse av Chadwick.

Uoverensstemmelsen mellom Prouts hypotese og den kjente variasjonen av noen atomvekter til verdier langt fra integrerte multipler av hydrogen, ble forklart mellom 1913 og 1932 ved oppdagelsen av isotoper og nøytron . I følge hele tallregelen til Francis Aston er Prouts hypotese riktig for atommasser av individuelle isotoper, med en feil på maksimalt 1%.

Innflytelse

Prouts hypotese forble innflytelsesrik i kjemi gjennom 1820 -årene. Imidlertid motbeviste mer nøye målinger av atomvektene, som de som ble utarbeidet av Jöns Jakob Berzelius i 1828 eller Edward Turner i 1832, hypotesen. Spesielt kunne atomvekten til klor , som er 35,45 ganger hydrogen , den gangen ikke forklares med Prouts hypotese. Noen kom med ad hoc- påstanden om at grunnenheten var halvparten av et hydrogenatom, men ytterligere avvik dukket opp. Dette resulterte i hypotesen om at en fjerdedel av et hydrogenatom var den felles enheten. Selv om de viste seg å være feil, katalyserte disse formodningene ytterligere måling av atomvekter.

Avviket i atomvektene ble i 1919 mistenkt for å være et resultat av den naturlige forekomsten av flere isotoper av det samme elementet. FW Aston oppdaget flere stabile isotoper for mange elementer ved hjelp av et massespektrograf . I 1919 studerte Aston neon med tilstrekkelig oppløsning for å vise at de to isotopmassene er veldig nær heltallene 20 og 22, og at ingen av dem er lik den kjente molmassen (20.2) av neongass.

I 1925 ble det funnet at det problematiske kloret var sammensatt av isotopene ³⁵ Cl og ³⁷ Cl , i proporsjoner slik at gjennomsnittlig vekt av naturlig klor var omtrent 35,45 ganger hydrogen. For alle grunnstoffer ble det til slutt funnet at hver enkelt isotop med massenummer A hadde en masse veldig nær A ganger massen til et hydrogenatom, med en feil alltid mindre enn 1%. Dette er en nesten glipp av at Prouts lov er korrekt. Likevel ble det ikke funnet en regel for å forutsi isotopmasser bedre enn dette for alle isotoper, hovedsakelig på grunn av massefeil som følge av frigjøring av bindingsenergi i atomkjerner når de dannes.

Selv om alle grunnstoffene er et produkt av kjernefusjon av hydrogen til høyere grunnstoffer, er det nå forstått at atomer består av både protoner (hydrogenkjerner) og nøytroner . Den moderne versjonen av Prouts regel er at atommassen til en isotop med protonnummer (atomnummer) Z og nøytronnummer N er lik summen av massene til dens konstituerende protoner og nøytroner, minus massen av atombindingsenergien, massefeil . I følge hele tallregelen foreslått av Francis Aston , er massen til en isotop omtrent, men ikke akkurat, massetallet A ( Z  +  N ) ganger en atommasseenhet (u), pluss eller minus bindingsenergiavvik - atommasse enheten er den moderne tilnærmingen for "masse av et proton, nøytron eller hydrogenatom". For eksempel veier jern-56 atomer (som har blant de høyeste bindingsenergiene) bare omtrent 99,1% så mye som 56 hydrogenatomer. De manglende 0,9% av massen representerer energien som gikk tapt da jernkjernen ble laget av hydrogen inne i en stjerne. (Se stjernens nukleosyntese .)

Litterære hentydninger

I sin 1891 roman gjerninger av Raffles Haw , Arthur Conan Doyle snakker om å snu elementer inn andre elementer av synkende atomnummer , til en grå materie er nådd.

I sin 1959 roman Liv og skjebne , Vasilij Grossman 's hovedperson, fysikeren Viktor Shtrum, reflekterer over Prout hypotese om hydrogen være opphavet til andre elementer (og felicitous faktum at Prout feil førte til en vesentlig riktig konklusjon), som han bekymrer seg over sin manglende evne til å formulere sin egen avhandling.

Se også

• Bindende energi

Referanser

Fotnoter

Sitater

Videre lesning

Eksterne linker

• Den semipiriske formelen for atommasser