§ 2. ЧИСЛО АВОГАДРО

Представления об атомах и молекулах как о мельчайших частицах вещества оставались лишь правдоподобной гипотезой до тех пор, пока не были разработаны методы обнаружения отдельных атомов и молекул, измерения их масс и размеров.

Одним из первых приборов, с помощью которого удалось обнаруживать отдельные атомы, был спинтарископ. В этом приборе при наблюдении через лупу удается заметить световую вспышку, возникающую при столкновении одного быстро летящего атома с кристаллом сернистого цинка. Используя для счета отдельных атомов спинтарископ, Резерфорд и Ройдс выполнили эксперимент, по результатам которого можно было определить число Авогадро.

В 1909 г. они доказали, что альфа-частицы, испускаемые при радиоактивном распаде ядер радия, являются атомами гелия без электронных оболочек. При вылете из ядра альфа-частица обладаег большой кинетической энергией. Световая вспышка, возникающая при попадании альфа-частицы в кристалл сернистого цинка, оказывается настолько интенсивной, что ее можно заметить глазом через обычную лупу с 10-кратным увеличением. Подсчитывая число световых вспышек, можно было определить число альфа-частиц, испускаемых 1 г радия за 1 с. Разумеется, при этом вовсе не обязательно использовать именно 1 г радия. Измерения обычно производят со значительно меньшим его количеством, а данные, относящиеся к 1 г радия, получают вычислением.

Далее Резерфорд и Ройдс поместили некоторое количество радия в герметичный сосуд и создали в этом сосуде вакуум, т. е. откачали с помощью насоса находящиеся в нем газы. Испускаемые радием альфа-частицы при соударении со стенками сосуда присоединяют к себе по два электрона и превращаются в атомы гелия, которые с течением времени накапливаются в сосуде. Измерив объем V, занимаемый гелием в сосуде при нормальных условиях, зная число альфа-частиц N, испускаемых за время накопления, и объем 1 моль любого газа при нормальных условиях можно определить число Авогадро . Для этого достаточно на основании закона Авогадро составить уравнение и решить его:

(кликните для просмотра скана)

Этим простым, но не очень точным способом было получено число, примерно на 10% отличающееся от истинного значения числа Авогадро, определенного в настоящее время с большой степенью точности другими способами:

Зная число Авогадро, легко определить массы отдельных атомов и молекул. Для этого достаточно известную молярную массу вещества М разделить на число Авогадро:

Форма и размеры крупных молекул в настоящее время могут определяться экспериментально с помощью электронного микроскопа. В этом микроскопе увеличенное в несколько сотен тысяч раз изображение исследуемого объекта получается примерно так же, как проецируется на экран изображение пленки в диапроекторе, только вместо пучка света в нем используется поток быстрых электронов.