АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| энергии Е связано с квантовым (скачкообразным) п е-р е х о д о м системы из одного стационарного квантового состояния в другое (см. ниже).
Графически возможные дискретные значения энергии (3) А. можно изобразить, по аналогии с потенциальной энергией тела, поднятого на различные высоты (на различные уровни), в виде схемы уровней энергии, где каждому значению энергии соответствует прямая, проведённая на высоте Ei (i = 1, 2, 3, ...); такая схема приведена на рис. 1, б для А. водорода (на рис. 1, а при E<0 оказываются, т. о., возможными лишь определённые ступеньки, соединённые горизонтальным пунктиром с уровнями схемы на рис. 1, б). Самый нижний уровень Ei, соответствующий наименьшей возможной энергии системы, наз. основным, а все остальные (Ei>Ei, i=2,3,4,...)- возбуждёнными, т. к. для перехода на них (перехода в соответствующие стационарные в о з б у ж д ё н н ы е состояния из стационарного о с н о вн о г о с о с т о я н и я) необходимо возбудить систему - сообщить ей извне энергию Ei-Ei.
Квантование энергии А. является следствием волновых свойств электронов. Нельзя считать, что электрон в А. движется как материальная точка по определённой траектории, согласно законам классич. механики. Эти законы справедливы лишь для частиц большой массы (макрочастиц), а для электрона, как микрочастицы, необходимо учитывать,наряду с его корпускулярными свойствами (свойствами частицы), и его волновые свойства. Согласно квантовой механике, движению микрочастицы массы т со скоростью v соответствует длина волны L=h/mv, где h - Планка постоянная. Для электрона в А. L~ 10-8 см, т. е. порядка линейных размеров А., и учёт волновых свойств электрона в А. является необходимым. Связанное движение электрона в А. схоже со стоячей волной, и его следует рассматривать не как движение материальной точки по траектории, а как сложный колебат. процесс. Для стоячей волны в ограниченном объёме возможны лишь определённые значения длины волны L, (и, следовательно, частоты колебаний V). Так как, согласно квантовой механике, v = E/h, отсюда следует, что система, состоящая, подобно А., из связанных микрочастиц, может иметь лишь определённые значения энергии, т. е. энергия квантуется и получается дискретная последовательность уровней энергии - д и с к р е т н ы й э н е р г ет и ч е с к и й с п е к т р. Для А. водорода такая дискретная последовательность получается при Е<0 (см. рис. 1). Свободное, т. е. не ограниченное в пространстве, поступательное движение микрочастицы, напр. двилсение электрона, оторванного от А. (в случае А. водорода - электрона с энергией E>0), сходно с распространением бегущей волны в неограниченном объёме, для к-рой возможны любые значения L (и v). Энергия такой свободной микрочастицы может принимать любые значения, т. е. не квантуется, и получается непрерывная последовательность уровней энергии - непрерывный энергетический спектр. Для А. водорода такая непрерывная последовательность, соответствующая ионизованному А., получается при E>0. Значение Eоо =0 соответствует границе ионизации, а разность Еоо-E1=Eион представляет энергию ионизации: для А. водорода она равна 13,6 эв.
Р а с п р е д е л е н и е э л е к тр о н н о й п л о т н о с т и. Состояние электрона в А. можно характеризовать распределением в пространстве его электрич. заряда с нек-рой плотностью - распределением электронной плотности. При этом электроны рассматриваются наглядным образом, как "размазанные" в пространстве и образующие "электронное облако". Такая модель правильнее характеризует электроны в А., чем модель точечного электрона, движущегося, согласно теории Бора (см. Атомная физика), по строго определённым орбитам. Вместе с тем боровским орбитам можно сопоставить определённые распределения электронной плотности. Для основного уровня энергии Ei электронная плотность концентрируется вблизи ядра; для возбуждённых уровней энергии Е2 ,Е3 , Е4 ,... она распределяется на всё больших средних расстояниях от ядра (что соответствует возрастанию размера орбит в теории Бора). В сложном А. эти электроны группируются в оболочки, окружающие ядро на различных расстояниях и характеризующиеся определёнными распределениями электронной плотности. Прочность связи электронов в более внешних оболочках меньше, чем во внутренних, и слабее всего электроны связаны в самой внешней оболочке, обладающей наибольшими размерами, к-рые и определяют размеры А. в целом. При ионизации А. теряет внешние электроны; размеры положит. ионов тем меньше размеров нейтрального А., чем выше кратность иона. Наоборот, размеры отрицат. ионов больше размеров нейтрального А.
Учёт спина электрона и спина ядра. В теории А. весьма существен учёт спина электрона - его собственного (спинового) момента количества движения, с наглядной точки зрения соответствующего вращению электрона вокруг собственной оси (если электрон рассматривать как частицу малых размеров). Со спином электрона связан его магнитный момент. Поэтому в А. необходимо учитывать, наряду с элект-ростатич. взаимодействиями (см. выше), и магнитные взаимодействия, определяемые спиновым магнитным моментом, а также орбитальным магнитным моментом, связанным с движением электрона вокруг ядра; магнитные взаимодействия малы по сравнению с электростатическими. Наиболее существенное влияние спина проявляется в сложных А.: от спина электронов зависит заполнение электронных оболочек А. определённым числом электронов (см. ниже).
Ядро в А. также может обладать собственным механич. моментом - ядерным спином, с к-рым связан небольшой ядерный магнитный момент (в сотни и тысячи раз меньший электронного магнитного момента), а в нек-рых случаях и т. н. квадрупольный электрич. момент (см. Моменты атомных ядер). Это приводит к дополнительным очень малым взаимодействиям ядра и электронов, обусловливающим дополнительное расщепление уровней энергии А.- т. н. сверхтонкую структуру (малую по сравнению с тонкой структурой).
Квантовые состояния атома водорода. Важнейшую роль в квантовой теории А. играет теория простейшего одно-электронного А., состоящего из ядра с зарядом + Ze и электрона с зарядом -е, - теория А. водорода Н и в о д о-родоподобных ионов Не+, Li2+, Ве3+,.._(изоэлектронного ряда, см. выше), наз. обычно теорией А. водорода. Методами квантовой механики можно получить точную и полную характеристику состояний электрона в одноэлектронном А. Задача о сложных (м н о г о э л е к тр о н н ы х) атомах решается лишь приближённо; при этом чсходят из результатов решения задачи об одноэлектронном А.
Уровни энергии А. водорода и водородоподобных ионов. Энергия одноэлектронного А. (без учёта спина электрона) равна
(4)
целое число n = 1, 2, 3, ... определяет возможные дискретные значения энергии - уровни энергии; его называют главным квантовым числом. R - Ридберга постоянная, равная 13,6 эв. Уровни энергии А. водорода на схеме рис. 1, б построены для Z = l согласно формуле (4); они сгущаются (сходятся) к границе ионизации соответствующей п = °° (уровни энергии с n>5 на схеме не показаны). Для водородоподобных ионов изменяется (в Z2 раз) лишь масштаб энергий. Энергия ионизации водородоподобного А. (энергия связи электрона в таком А.) равна (в эв)
что даёт для Н, Не+, Li2+,... значения 13,6 эв, 54,4 эв, 122,4 эв, ...
Основная формула (4) соответствует выражению U (r) =-Ze2/r для потенциальной энергии электрона, притягиваемого ядром с зарядом +Ze [см. (2) и рис. 1, а для случая Z = l]. Эта формула была впервые выведена Н. Бором в его теории А. (1913) путём рассмотрения движения электрона вокруг ядра по круговой орбите радиуса r. Уровням энергии (4) соответствуют орбиты радиуса
(6)
где постоянная ао = 0,529- 10- 8см =0,529А - радиус первой круговой орбиты А. водорода, соответствующей его основному уровню (этим боровским радиусом часто пользуются в качестве удобной единицы для измерений длин в атомной физике). Радиус орбит пропорционален квадрату главного квантового числа n2 и обратно пропорционален Z; для водородоподобных ионов масштаб линейных размеров уменьшается в Z раз по сравнению с А. водорода.
Характеристика квантовых состояний атома водорода. Согласно квантовой механике, состояние А. водорода полностью определяется дискретными значениями ч е т ы р ё х физ. величин: энергии E; о р б и т а л ь н о г о м о м е н т а М, (момента количества движения электрона относительно ядра); проекции Мi орбитального момента на направление z (выбранное произвольно в пространстве); проекции Msz спинового момента (собственного момента количества движения электрона Ms). Возможные значения этих физ. величин, в свою очередь, определяются соответствующими квантовыми числами:
1)Е - по закону (4) - главным квантовым числом n = l, 2, 3, ...;
2)М - по закону Мi2 = (h2/4п2) 1(1 + 1)
[при , Mi2 = (h2/4п2)/2] - орбитальным (или азимутальным) квантовым числом i=0,1, 2, ..., n-1;
3) Мiz - по закону Мiz = (h/2п)miz - магнитным орбитальным квантовым числом mi = i, i-1, ..., -i;
4) Мsz - по закону Мsz =(h/2)ms - магнитным спиновым квантовым числом
№=1/2; -1/2 .
Значения квантовых чисел n, I, mi, ms и характеризуют состояние электрона в А. водорода. Энергия А. водорода зависит только от n, и уровню энергии с заданным n соответствует ряд состояний, отличающихся значениями l, тi и ms. Состояния с заданными значениями n и I принято обозначать как Is, 2s, 2p, 3s, ..., где цифры указывают значение n, a буквы s, р, d, f (дальше по лат. алфавиту)- соответственно значения l=0, 1, 2, 3, ... При заданных п и I число различных состояний равно 2(2l + 1) - числу комбинаций значений т: и ms (первое принимает 2l + 1 значение, второе - 2 значения). Общее число различных состояний с заданными n и l при учёте, что l может принимать значения от О до n-1, получается равным
(7)
Т. о., каждому уровню энергии А. водорода соответствует 2, 8, 18, ..., 2п2 (при я = 1, 2, 3, ...) различных стационарных квантовых состояний (рис. 2). Если уровню энергии соответствует лишь одно квантовое состояние, то его называют невырожденным, если два или более - вырожденным (см. Вырождение), а число таких состояний g наз. степенью или кратностью вырождения (для невырожденных уровней энергии g = 1). Уровни энергии А. водорода являются вырожденными, а их степень вырождения gп - 2п2.
Для различных состояний А. водорода получается и различное распределение электронной плотности. Оно зависит от квантовых чисел п, l и |mi |. При этом электронная плотность для s-состояний (l=0) отлична от нуля в центре, т. е. в месте нахождения ядра, и не зависит от направления (сферически симметрична), а для остальных состояний (l>0) она равна нулю в центре и зависит от направления. Распределение электронной плотности для состояний А. водорода с n = l, 2 и 3 показано на рис. 3 (оно получено фотографированием спец. моделей); размеры "электронного облака" растут примерно пропорционально n2 (масштаб на рис. 3 уменьшается при переходе от n = l к n=2 и от n=2 к n=3), что соответствует увеличению радиуса орбит по формуле (6) в теории Бора.
Квантовые состояния электрона в водородоподобных ионах характеризуются теми же четырьмя квантовыми числами и, l, тi и ms, что и в А. водорода. Сохраняется и распределение электронной плотности, только она увеличивается в Z раз и на рис. 3 масштабы нужно уменьшить также в Z раз. Соответственно уменьшаются и размеры орбит.
Действие внешних полей на уровни энергии атома водорода Во внешнем электрич. и магнитном полях А. как электрич. система приобретает дополнит. энергию. Электрическое поле поляризует А.- смещает электронное облако относительно ядра, а магнитное поле ориентирует определённым образом магнитный момент А., связанный с движением электрона вокруг ядра (с орбитальным моментом М,) и его спином. Различным состояниям А. водорода с той же энергией En во внешнем поле соответствует различная дополнит. нергия ДE, и вырожденный уровень энергии Еп расщепляется на ряд подуровней (рис. 4).
Рис. 3. Распределение электронов плотности для состояний атома водорода с n=1,2,3 m=|mi|
Как расщепление в электрич. поле-Штарка явление, так и расщепление в магнитном поле - Зеемана явление, для уровней энергии А. водорода пропорциональны напряжённости полей.
Рис. 4. Расщепление уровня энергии во внешнем магнитном поле.
К расщеплению уровней энергии приводят и малые магнитные взаимодействия внутри А. Для А. водорода и водородоподобных ионов имеет место спин-орбитальное взаимодействие - взаимодействие спинового и орбитального моментов электрона, не учитываемое при выводе основной формулы (4); оно обусловливает т. н. то н-кую структуру уровней энергии- расщепление возбуждённых уровней Еп (при n>1) на подуровни. Наиболее точные исследования тонкой структуры методами радиоспектроскопии показали наличие т. н. сдвига уровней, объясняемого в квантовой электродинамике.
Для всех уровней энергии А. водорода наблюдается и сверхтонкая
структура, обусловленная очень малыми магнитными взаимодействиями ядерного спина с электронными моментами. Уровень Ei расщепляется на 2 подуровня с расстоянием между ними примерно 5-10- 6эв.
Электронные оболочка сложных атомов. Теория сложных А., содержащих 2 или более электронов, принципиально отличается от теории А. водорода, т. к. в сложном А. имеются в з а и м од е й с т в у ю щ и е друг с другом одинаковые частицы - электроны. Взаимное отталкивание электронов в многоэлектроином А. существенно уменьшает прочность их связи с ядром. Напр., энергия отрыва единственного электрона в ионе гелия (Не+) равна 54,4 эв; в нейтральном же атоме гелия в результате отталкивания электронов энергия отрыва одного из них уменьшается до 24,6 эв. Для внешних электронов более тяжёлых А. уменьшение прочности их связи из-за отталкивания внутренними электронами ещё более значительно. Чрезвычайно важную роль в сложных А. играют свойства электронов как одинаковых микрочастиц (см. Тождественности принцип), обладающих спином s = 1/2, для к-рых справедлив Паули принцип. Согласно этому принципу, в системе электронов не может быть более одного электрона в каждом квантовом состоянии, что для сложного А. приводит к образованию электронных оболочек, заполняющихся строго определёнными числами электронов.
Учитывая неразличимость взаимодействующих между собой электронов, имеет смысл говорить только о квантовых состояниях А. в целом. Однако приближённо можно рассматривать квантовые состояния отдельных электронов и характеризовать каждый из них совокупностью четырёх квантовых чисел п, I, mi и ms, аналогично электрону в А. водорода. При этом энергия электрона оказывается зависящей не только от п, как в А. водорода, но и от l; от mi и ms она по-прежнему не зависит. Электроны с данными п и l в сложном А. имеют одинаковую энергию и образуют определённую э л е к тр о н н у ю о б о л о ч к у; их называют э к в и в а л е н т н ы м и электронами. Такие электроны и образованные ими оболочки обозначают, как и квантовые состояния и уровни энергии с заданными n и /, символами ns, np, nd, nf, ... (для l=0, 1, 2, 3, ...) и говорят о 2р-электро-нах, Ss-оболочках и т. п.
З а п о л н е н и е э л е к т р о н н ы х о б о л о ч е к и с л о е в. В силу принципа Паули любые 2 электрона в А. должны находиться в различных квантовых состояниях и, следовательно, отличаться хотя бы одним из четырёх квантовых чисел n, l, mi и тs . Для эквивалентных электронов (n и l одинаковы) должны быть различны пары значений mi и ms. Число таких пар равно числу различных квантовых состояний электрона с заданными n и l, т. е. степени вырождения его уровня энергии. Это число gi = 2 (2l +1) = =2, 6, 10, 14, ... и определяет число электронов, полностью заполняющих данную оболочку. Т. о., s-, p-, d-, f-, ... оболочки заполняются 2, 6, 10, 14, ... электронами, независимо от значения n. Электроны с данным n образуют слой, состоящий из оболочек с l=0, 1, 2, ..., п-1 и заполняемый 2п2 электронами, т. н. К-, L-, М-, N-, ...слой. При полном заполнении имеем:
Наиболее близко к ядру расположен 1C-слой, затем идёт L-слой, М-слой, N-слой, ... В каждом слое оболочки с меньшими l характеризуются большей электронной плотностью вблизи ядра. Прочность связи электрона уменьшается с увеличением n, а при заданном n - с увеличением l; на рис. 5 схематически показаны (без соблюдения масштаба энергий) уровни энергии отдельного электрона в сложном А.
Рис. 5. Последовательность заполнения уровней энергии отдельного электрона в сложном атоме. Справа даны числа заполнения оболочек.
Чем слабее связан электрон в соответствующей оболочке, тем выше лежит его уровень энергии. Ядро с заданным Z присоединяет электроны в порядке уменьшения прочности их связи: сначала два электрона Is, затем два электрона 2s, шесть электронов 2р и т. д. в соответствии со схемой рис. 5. Это определяет э л е к т р о н н ы е к о н ф и г у р а ц и и, т. е. распределения электронов по оболочкам, для ионов и нейтрального А. данного элемента. Напр., для азота (Z = 7) получаются электронные конфигурации (число электронов в данной оболочке указывается индексом справа сверху).
Такие же электронные конфигурации, как и ионы азота, имеют нейтральные атомы последовательных элементов в пе-риодич. системе, обладающие тем же числом электронов: Н, Не, Li, Be, В, С (z = 1,2,3,4,5,6). Периодичность в свойствах элементов определяется сходством внешних электронных оболочек А. Напр., нейтральные А. Р, As, Sb, Bi (Z = 15, 33, 51, 83) имеют по три р-элект-рона во внешней электронной оболочке подобно А. N и схожи с ним по химическим и многим физ. свойствам.
При рассмотрении заполнения электронных эболочек необходимо учитывать, что, начиная с n=4, электроны с меньшим l, но 5бльшим п, связываются прочнее, чем электроны с большим l, но меньшим n, напр. электроны As связаны прочнее, чем электроны 3d.Это отражает рис. 5, показывающий расположение уровней энергии, соответствующее действительному порядку (несколько схематизированному) заполнения электронных оболочек для последовательных элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Числа, стоящие справа у скобок, определяют числа элементов в периодах этой системы, заканчивающихся атомами инертных газов с внешними оболочками типа np6 (n=2, 3, 4, 5, 6) для Ne, Аг, Кг, Хе, Rn (Z = 10, 18, 36, 54, 86). У р о в н и э н е р г и и с л о жн ы х а т о м о в. Каждый А. характеризуется н о р м а л ь н о й электронной конфигурацией, получающейся, когда все электроны в А. связываются наиболее прочно, и возбуждёнными электронными конфигурациями, когда один или неск. электронов связаны более слабо - находятся на более высоких уровнях энергии. Напр., для А. гелия наряду с нормальной электронной конфигурацией Is2 возможны возбуждённые: 15 2s, Is 2р, ... (возбуждён один электрон), 2s2, 2s2p, ... (возбуждены оба электрона). Определённой электронной конфигурации соответствует один уровень энергии А. в целом, если электронные оболочки целиком заполнены (напр., нормальная конфигурация А. Ne Is2 2s2 In6), и ряд уровней энергии, если имеются частично заполненные оболочки (напр., нормальная конфигурация Л. N Is2 2s2 2p3, для к-рой оболочка 2р заполнена как раз наполовину). При наличии частично заполненных d- и f-оболочек число уровней энергии, соответствующих каждой конфигурации, может достигать многих сотен, так что схема уровней энергии А. с частично заполненными внешними оболочками получается очень сложной. Основным уровнем энергии А. является самый нижний уровень нормальной электронной конфигурации.
Квантовые переходы в атоме. При квантовых переходах А. переходит из одного стационарного состояния в другое - с одного уровня энергии на другой. При переходе с более высокого уровня энергии Ei на более низкий Еk А. отдаёт энергию Ei-En, при обратном переходе получает её. Как для любой квантовой системы, для А. квантовые переходы могут быть двух типов: с излучением (о п т и ч е с к и е п е р е х о д ы) и без излучения (б е з ы з л у ч а т е л ь н ы е или н е о п т и ч е с к и е переходы). Важнейшая характеристика квантового перехода - вероятность перехода, определяющая, как часто этот переход будет происходить.
К в а н т о в ы е п е р е х о д ы с излучением. При этих переходах А. поглощает (переход En-Ei) или испускает (переход Ei -> Eh) электромагнитное излучение, напр, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, инфракрасные лучи, СВЧ (микроволновое) излучение. Электромагнитная энергия поглощается и испускается А. в виде кванта света -
фотона, характеризуемого определённой частотой колебаний v, согласно соотношению:
(8)
где h - постоянная Планка; hv - энергия фотона. Закон (8) представляет собой закон сохранения энергии для микроско-пич. процессов, связанных с излучением.
А. в основном состоянии может только поглощать фотоны, а А. в возбуждённых состояниях может как поглощать, так и испускать их. Свободный А. в основном состоянии может существовать неограниченно долго; продолжительность пребывания А. в возбуждённом состоянии - время жизни на возбуждённом уровне энергии - ограничена, А. спонтанно, т. е. самопроизвольно, частично или полностью теряет энергию возбуждения, испуская фотон и переходя на более низкий уровень энергии (наряду с таким спонтанным испусканием возможно и вынужденное испускание, происходящее, подобно поглощению, под действием фотонов той же частоты; см. Квантовые переходы). Время жизни возбуждённого А. тем меньше, чем больше вероятность спонтанного перехода. Для возбуждённых А. водорода это время порядка 10-8 сек.
Совокупность частот возможных переходов с излучением определяет оптич. с п е к т р соответствующего А.: совокупность частот переходов с нижних уровней на верхние - его спектр поглощения, совокупность частот переходов с верхних уровней на нижние - его с п е к т р и с п у с к а н и я. Каждому такому переходу соответствует определённая с п е к т р а л ь н а я л ин и я. Для А. водорода, согласно формулам (4) и (8), получаем совокупность спектральных линий с частотами
о)
При nk = l и ni =2, 3, 4, 5, ... получается спектральная серия Лаймана (линии ...), при nk = =2 и ni =3, 4, 5, ... - серия Б а л ь м е р а (линии Нa , Нр, Нy ...), при nk = 3 и ni = 4, 5, ...- с е р и я П а ш е-н а (рис. 1, б). Для А. др. элементов в соответствии с более сложной схемой уровней энергии получается и более сложный спектр (см. Атомные спектры). К в а н т о в ы е п е р е х о д ы б е з и з л у ч е н и я. При этих переходах А. получает или отдаёт энергию при взаимодействии с другими частицами, с к-рыми он сталкивается в газе или длительно связан в молекуле, жидкости или твёрдом теле. В газе А. можно считать свободным в промежутках времени между столкновениями; во время столкновения (удара) А. может, благодаря кратковременному взаимодействию, перейти на другой уровень энергии. Такое столкновение наз. неупругим (в противоположность упругому столкновению, при к-ром изменяется только кинетич. энергия поступательного движения А., а его внутренняя энергия остаётся неизменной). Важный частный случай - столкновение свободного А. с электроном; обычно электрон движется быстро по сравнению с А., время столкновения очень мало и можно говорить об э л е ктронном ударе. Возбуждение А. электронным ударом является одним из методов определения уровней энергии А. Вероятности неупругих столк-
новений и, в частности, возбуждения А. электронным ударом могут быть рассчитаны методами квантовой механики (см. Столкновения атомные).
Химические и физические свойства атома. Большинство свойств А. определяется строением и характеристиками его внешних электронных оболочек, в к-рых электроны связаны сравнительно слабо (энергии связи от нескольких эв до нескольких десятков эв). Строение внутренних оболочек А., электроны к-рых связаны гораздо прочнее (энергии связи в сотни, тысячи и десятки тысяч эв), проявляется лишь при взаимодействиях А. с быстрыми частицами и фотонами больших энергий (более сотен эв). Такие взаимодействия определяют рентгеновские спектры А. и рассеяние атомом быстрых частиц (см. Рассеяние микрочастиц, Дифракция частиц). От массы А., определяемой массой его ядра, зависят его механич. свойства при движении А. как целого - количество движения, кинетическая энергия. От механических и связанных с ними магнитных и электрич. моментов А. зависят нек-рые тонкие эффекты, проявляющиеся при изучении физ. свойств А. (см. Моменты атомных ядер, Ядерный магнитный резонанс, Ядерный квадруполъныйрезонанс, Сверхтонкая структура).
С в о й с т в а а т о м а, о п р е д ел я е м ы е е г о в н е ш н и м и э л е к т р о н а м и. Электроны во внешних оболочках А., связанные сравнительно слабо, легко подвергаются внешним воздействиям. При сближении данного А. с другими возникают сильные электростатич. взаимодействия (включая т. н. обменные взаимодействия), к-рые могут приводить к возникновению химической связи А., т. е. к образованию молекулы. В химич. связи участвуют электроны внешних оболочек; в случае ко-валентной связи эти электроны принадлежат уже не отдельным А., а образовавшейся молекуле в целом, и входят в состав её молекулярных электронных оболочек. Т. о., внеш. электроны А. определяют его хим. свойства.
Более слабые электростатич. взаимодействия двух А. проявляются в их взаимной поляризации - смещении электронов относительно ядер, наиболее сильном для слабо связанных внешних электронов (см. Поляризация частиц). Возникают поляризационные силы притяжения между А., к-рые надо учитывать уже на больших расстояниях между ними (см. Межмолекулярное взаимодействие). Поляризация А. происходит и во внешних электрич. полях; в результате уровни энергии А. смещаются и, что особенно важно, вырожденные уровни энергии расщепляются (поляризация различна для различных квантовых состояний А., соответствующих той же его энергии) - имеет место Штарка явление. Поляризация А. может возникнуть под действием электрич. поля световой (электромагнитной) волны; она зависит от частоты света, что обусловливает зависимость от неё и показателя преломления (см. Дисперсия света), связанного со способностью А. поляризоваться - с поляризуемостью А. (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул). Тесная связь оптич. характеристик А. с его электрич. свойствами особенно ярко проявляется в его о п т и ч. с п е к т р а х.
Внешними электронами определяются и магнитные свойства А. Они схожи для элементов с аналогичными внешними электронными оболочками А. Магнитный момент А. зависит от его механич. момента (см. Магнитоме-ханическое отношение): в А. с полностью заполненными электронными оболочками он равен нулю, так же как и механич. момент. При наличии частично заполненных внешних электронных оболочек магнитные моменты А., как правило, постоянны, и А. являются парамагнитными (см. Парамагнетизм). Во внешнем магнитном поле все уровни А., у которых магнитный момент неравен нулю, расщепляются (см. Зеемана явление). Все А. обладают диамагнетизмом, к-рый обусловлен возникновением у них магнитного момента под действием магнитного поля (т. н. и н д у ц и р ов а н н о г о м а г н и т н о г о м ом е н т а, аналогичного электрич. диполь-ному моменту А.).
С в о й с т в а и о н и з о в а н н ог о а т о м а. При последовательной ионизации А., т. е. при отрыве его электронов, начиная с самых внешних, в порядке увеличения прочности их связи (рис. 5), соответственно изменяются все свойства А., определяемые его внешней оболочкой. Внешними становятся все более прочно связанные электроны; в результате сильно уменьшается способность А. поляризоваться в электрич. поле, увеличиваются расстояния между уровнями энергии и частоты оптич. переходов между этими уровнями (что приводит к смещению спектров в сторону всё более коротких длин волн). Ряд свойств обнаруживает периодичность: сходными оказываются свойства ионов с аналогичными внешними электронами, напр. N7+ и N3+ (один и два электрона 2s) обнаруживают сходство с N6+ и N5+ (один и два электрона Is). Это относится к характеристикам и относительному расположению уровней энергии и к оптич. спектрам, к магнитным моментам А. и т. д. Наиболее резкое изменение свойств происходит при удалении последнего электрона из внешней оболочки, когда остаются лишь полностью заполненные оболочки; напр. при переходе от N4+ к N5+ (электронные конфигурации Is22s и Is2 ). В этом случае ион наиболее устойчив и его полный механич. и полный магнитный моменты равны нулю. Особенно устойчивы, помимо ионов с электронной конфигурацией Is2, ионы с полностью заполненной внешней оболочкой np(n=2, 3, 4, ...).
С в о й с т в а с в я з а н н ы х а т ом о в. Свойства А., находящегося в связанном состоянии, напр. входящего в состав молекулы, отличаются от свойств свободного А. Наибольшие изменения претерпевают свойства А., определяемые самыми внешними электронами, принимающими участие в присоединении данного А. к другому. Вместе с тем свойства, определяемые электронами внутренних оболочек, могут практически не измениться, как это имеет место для рентгеновских спектров. Нек-рые свойства А. могут испытывать сравнительно небольшие изменения, по к-рым можно получить информацию о характере взаимодействий связанных А. Важным примером может служить расщепление уровней энергии А. в кристаллах и комплексных соединениях, к-рое происходит под действием электрич. полей, создаваемых окружающими ионами (см. Кристаллического поля теория). Лит. см. при ст. Атомная физика.
М. А. Елъяшевич.
АТОМИ3ДАТ, специализированное издательство Комитета по печати при Совете Министров СССР, в Москве. Осн. в 1957 как изд-во Гл. управления по использованию атомной энергии при Совете Министров СССР, в 1960-63 - Госатомиздат, с 1963 - А. Выпускает научную, учебную, справочную, производственную и научно-популярную лит-ру по атомной и ядерной физике, физике плазмы, ядерной энергетике, геологии сырья атомной пром-сти, радиохимии, физике твёрдого тела, ядернофизическому и изотопному приборостроению, дозиметрии, радиобиологии, защите от излучений и др. Издаёт журналы "Атомная энергия" (с 1956), "Атомная техника за рубежом" (с 1957).
В. А.Кулямин.
АТОМИЗМ, атомное учение, атомистика, учение о прерывистом, дискретном (зернистом) строении материи. А. утверждает, что материя состоит из отдельных чрезвычайно малых частиц; до конца 19 в. они считались неделимыми. Для совр. А. характерно признание не только атомов (см. также Атомная физика), но и др. частиц материи как более крупных, чем атомы (напр., мо-лекул), так и более мелких (атомные ядра, электроны и др.). С точки зрения совр. А., электроны суть "атомы" отрицат. электричества, фотоны - "атомы" света и т. д. А. распространяется и на биологич. явления, в т. ч. на явления наследственности. В более широком смысле под А. понимается иногда дискретность вообще к.-н. предмета, свойства, процесса (социальный А., логический А.).
А. выступал почти всегда как материа-листич. учение. Поэтому борьба вокруг него отражала прежде всего борьбу между материализмом и идеализмом в науке. А. уже с древности был направлен против идеалистич. и религ. взгляда на мир, ибо всё сущее он объяснял при помощи частиц материи, не прибегая к сверхъес-теств. причинам. Материалистич. течение в А. исходит из тезиса, согласно к-рому атомы материальны, существуют объективно и познаваемы. Идеалистич. позиция выражается в отрицании реальности атомов; в объявлении их лишь удобным средством систематизации опытных данных (см. Махизм), в отрицании их познаваемости.
Атомистич. воззрения первоначально (на Др. Востоке, в античных Греции и Риме, отчасти в ср. века у арабов) были лишь гениальной догадкой, превратившейся затем в науч. гипотезу (17, 18 вв. и первые две трети 19 в.) и, наконец, в научную теорию. С самого зарождения и до конца 1-й четв. 20 в. в основе А. лежала идея о тождестве строения макро- и микрокосмоса. Из непосредственно наблюдаемой расчленённости видимого макромира (прежде всего звёздного) на отдельные более или менее обособленные друг от друга тела был сделан вывод, что природа, будучи единой, должна быть устроена в малейшей своей части так же, как и в величайшей. Древние атомисты считали поэтому непрерывность материи кажущейся, как кажется издали сплошной куча зерна или песка, хотя она состоит из множества отд. частичек.
Признание единства строения макро-и микрокосмоса открывало путь к перенесению на атомы таких механич., физ. или хим. свойств и отношений, к-рые обнаруживались у макротел. Исходя из теоретически предугаданных свойств атомов, можно было сделать заключение о поведении тел, образованных из атомов, а затем экспериментально проверить это теоретич. заключение на опыте.
Идея о полном подобии строения макро-и микрокосмоса, казалось бы, окончательно восторжествовала после создания в нач. 20 в. планетарной модели атома, основу к-рой составляло положение, что атом построен подобно миниатюрной Солнечной системе, где роль Солнца выполняет ядро, а роль планет - электроны, вращающиеся вокруг него по строго определ. орбитам. Почти вплоть до 2-й четв. 20 в. идея единства строения макро- и микрокосмоса понималась слишком упрощённо, прямолинейно, как полное тождество законов и как полное сходство строения того и другого. Отсюда микрочастицы трактовались как миниатюрные копии макротел (как чрезвычайно малые шарики), двигающиеся по точным орбитам, к-рые совершенно аналогичны планетным орбитам, с той лишь разницей, что небесные тела связаны силами гравитац. взаимодействия, а микрочастицы - электрического. Такая форма А. названа классич. А.
Совр. А., воплотившийся в квантовую механику, не отрицает единства природы в большом и малом, но раскрывает качеств. различие микро- и макрообъектов: микрочастицы представляют единство противоположностей прерывности и непрерывности, корпускулярности и волно-образности. Это - не шарики, как думали раньше, а сложные материальные образования, в к-рых дискретность (выраженная в свойствах корпускулы) определ. образом сочетается с непрерывностью (выраженной в волновых свойствах). Поэтому и движение таких частиц (напр., электрона вокруг атомного ядра) совершается не по аналогии с движением планеты вокруг Солнца (т. е. не по строго определённой орбите), а скорее по аналогии с движением облака ("электронное облако"), имеющего как бы размытые края. Такая форма А. названа современным (квантовомеханич.) А.
Виды А. различаются тем, какими конкретными физ. свойствами наделяются атомы и др. частицы материи, как характеризуются формы движения атомов. Первоначально А. носил сугубо абстрактный, натурфилософский характер: атомам приписывались лишь самые общие свойства (неделимость, способность двигаться и соединяться между собой), к-рые не были связаны с к.-л. измеримыми свойствами макротел. В 17-18 вв., когда развилась механика, А. приобрёл механистич. характер; этот вид А. был несколько более конкретен, чем натурфилософия древних, но всё же ещё в большой мере оставался абстрактным и мало связанным с опытной наукой. Атомам приписывались теперь чисто механич. свойства. Представители "механики контакта" считали, что причиной соединения атомов является фигура, геометрич. форма, наделяли атомы крючочками, посредством к-рых атомы якобы сцепляются между собой; иногда атомы изображались в виде зубчатых колесиков, зубцы к-рых подходят друг к другу в случае растворения тел или не подходят в случае их нерастворения (М. В. Ломоносов). Представители "механики сил" (динамики) объясняли взаимодействие атомов наподобие гравитац. тяготения. Поэтому здесь играл роль только вес частиц, а не их геометрич. форма (она принималась шаровидной, как у небесных тел). От динамики И. Ньютона берёт начало особая ветвь А. (хорв. физик Р. И. Бош-кович), в к-рой сочетается идея Г. Лейбница о непространственных монадах (в виде геометрич. точек - центров сил) с понятием "силы" (Ньютон). Этот дина-мич. А. явился предвосхищением совр. А., в к-ром неразрывно сочетается представление о дискретности материи с идеей неразрывности материи и движения (или "силы" в прежнем понимании). Исходя из взглядов Ньютона, Дж. Дальтон (1803) создал хим. А., способный теоретически обобщать и объяснять наблюдённые хим. факты и предвидеть явления, ещё не обнаруженные на опыте. Дальтон наделил атомы "атомным весом", т. е. специфич. массой, характерной для каждого хим. элемента. В "атомном весе" нашла своё выражение мера хим. элемента, представляющая собой единство его качественной (хим. индивидуальность) и количественной (значение "атомного веса") сторон. Развитие этого представления привело впоследствии к созданию Д. И. Менделеевым периодич. системы хим. элементов (1869-71), к-рая, по сути дела, есть узловая линия отношений меры хим. элементов. В сер. 19 в. А. в химии получил дальнейшую конкретизацию в учении о валентности (шотл. химик А. С. Купер, нем. химик Ф. А. Ке-куле) и особенно в теории "хим.строения" (А. М. Бутлеров, 1861). Атомы стали наделяться валентностью, т. е. способностью присоединять 1, 2 и более атомов водорода, валентность к-poro была принята за 1. В 19 в. атомы наделялись всё новыми свойствами, в к-рых резюмировались соответствующие хим. и физ. открытия. В связи с успехами электрохимии атомам стали приписываться электрические заряды (электрохим. теория швед. учёного И. Я. Берцелиуса), взаимодействием которых объяснялись хим. реакции. Открытие законов электролиза (М. Фарадей) и особенно создание теории электролитич. диссоциации (швед. учёный С. А. Аррениус, 1887) привели к обобщению, выраженному в понятии "ион". Ионы это осколки молекул (отдельные атомы или их группы), несущие противоположные по знаку целочисленные электрич. заряды. Дискретность зарядов ионов непосредственно подводила к идее дискретности самого электричества, что вело к идее электрона, к признанию делимости атомов. Во 2-й пол. 19 в. А. конкретизировался как молекулярнофи-зическое учение, благодаря разработке молекулярно-кинетической теории газов, раскрывающей связь между тепловой и механич. формами движения. Осн. положения молекулярной гипотезы зародились ещё и 17 (П. Гассенди) и 18 вв. (Ломоносов), но приобрелПосле открытия электрона (англ. физик Дж. Дж. Томсон, 1897), создания теории квантов (М. Планк, 1900) ии экспериментальный базис лишь благодаря тому, что закон объёмных отношений газов, открытый Ж.Л.Гей-Люссаком (1808), был объяснён при помощи представления о молекулах (А. Авогадро, 1811). С тех пор молекулам приписывались такие физ. свойства и движения, к-рые при их суммировании давали бы значения макроскопических свойств газа как целого, напр, температуры, давления, теплоёмкости и т. д. В дальнейшем А. в физике развился в особую ветвь статистической физики. введения понятия фотона (А. Эйнштейн, 1905) А. принял характер физ. учения, причём идея дискретности была распространена на область электрич. и световых явлений и на понятие энергии, учение о к-рой в 19 в. опиралось на представления о непрерывных величинах и функциях состояния. Важнейшую черту совр. А. составляет А. действия, связанный с тем, что движение, свойства и состояния различных микрообъектов поддаются квантованию, т. е. могут быть выражены в форме дискретных величин и отношений. В итоге вся физика микропроцессов, поскольку она носит квантовый характер, оказывается областью приложения совр. А. Постоянная Планка (квант действия) есть универсальная физ. константа, к-рая выражает количеств. границу, разделяющую две качественно различные области: макро- и микроявлений природы. Физ. (или квантово-электронный) А. достиг особенно больших успехов благодаря созданию (Н. Бор, 1913) и последующей разработке модели атома, к-рая с физ. стороны объясняла периодич. систему элементов. Создание квантовой механики (Л. де Бройль, Э. Шрёдингер, В. Гей-зенберг, П. Дирак и др., 1924-28) придало А. квантовомеханич. характер. Успехи ядерной физики, начиная с открытия атомного ядра (Э. Резерфорд, 1911) и кончая открытием серии элементарных частиц, особенно нейтрона (англ, физик Дж. Чедвик, 1932), позитрона (1932), мезонов различной массы, гиперонов и др., также способствовали конкретизации А. Одновременно в 20 в. шло развитие хим. А. в сторону открытия частиц более крупных, чем обычные молекулы (коллоидные частицы, мицеллы, макромолекулы, частицы высокомолекулярных, высокополимерных соединений); это придавало А. надмолекулярно-хим. характер. В итоге можно выделить главные виды А., к-рые явились вместе с тем историч. этапами в развитии А.: 1) натурфилософский А. древности, 2) механический А. 17-18 вв., 3) химический А. 19 в. и 4) совр. физ. А.
С открытиями в области А. связаны крупные науч. эпохи. "Новая эпоха начинается в химии с атомистики..., - писал Энгельс, - а в физике, соответственно этому,- с молекулярной теории" ("Диалектика природы", 1969, с. 257). Революцию в физике на рубеже 19 и 20 вв. вызвали, по словам В.И. Ленина, "новейшие открытия естествознания - радий, электроны, превращение элементов..." (Поли, собр. соч., 5 изд., т. 23, с. 44). Начало века атомной энергии непосредственно связано с дальнейшим развитием совр. физич. А.
Достижение каждой более глубокой ступени в познании материи и её дискретных видов (её строения), соответственно - сущности более высокого порядка, не завершает движения познания в глубь материи, а кладёт лишь новую веху на этом пути. "Молекула...,- писал Энгельс,- это - „узловая точка" в бесконечном ряду делений, узловая точка, которая не замыкает этого ряда, но устанавливает качественную разницу. Атом, который прежде изображался как предел делимости, теперь - только о т н о ш е-н и е..." (М а р к с К. и Э н г е л ь с Ф., Соч., 2 изд., т. 31, с. 258). Сопоставление атомов с электронами Ленин рассматривал как конкретизацию положения о единстве конечного и бесконечного, где конечное есть лишь звено в бесконеч-
ной цепи отношений: "Применить к атомам versus электроны. Вообще бесконечность материи вглубь..." (Полн. собр. соч., 5 изд., т. 29, с. 100).
Для понимания филос. стороны А. чрезвычайно важно проведённое Энгельсом разграничение между старым и новым А. Старый А. признаёт абс. неделимость и простоту "последних" частиц материи, всё равно, будут ли этими частицами считаться атомы хим. элементов (Дальтон и др. химики) или частицы первома-терии (Бойль и др.). Новый А. фактически исходит из отрицания к.-л. "последних", абсолютно простых, неизменных и неделимых частиц или элементов материи. Отвергая абс. неделимость или непревра-щаемость любой сколь угодно малой частицы материи, новый А. признаёт относит. устойчивость каждого дискретного вида материи, его качественную определённость, его относит. сохраняемость в известных границах. Напр., делимый некоторыми физ. способами, атом неделям химически и в хим. процессах ведёт себя как некое целое, неделимое. Точно так же и молекула: делимая (разложимая) химически на атомы, она в тепловом движении (до известных пределов, когда не наступает термич. диссоциация вещества) ведёт себя тоже как некое целое, неделимое.
Новый А. показывает, что процесс деления материи имеет свои многочисл. границы, при достижении к-рых совершается переход от одной ступени дискретности материи к другой, качественно от неё отличной; количеств. операция деления приводит, т. о., к выходу за пределы данного вида частиц и переходу в область другого их вида. В этом отношении новый А. противостоит, с одной стороны, идее абс. делимости материи до бесконечности (Аристотель, Р. Декарт, динамисты), представляющей пример "дурной бесконечности" (Гегель), а с другой стороны - идее старого А. с его признанием лишь одного вида частиц материи, к-рыми одноактно завершается (точнее: обрывается) процесс деления материи.
На филос. основы совр. А. указал ещё Энгельс: "Новая атомистика отличается от всех прежних тем, что она... не утверждает, будто материя только дискретна, а признаёт, что дискретные части различных ступеней... являются различными узловыми точками, которые обусловливают различные качественные формы существования всеобщей материи..." ("Диалектика природы", 1969, с. 257).
Особенно важно в новом А. признание взаимопревращаемости любых дискретных видов материи, неисчерпаемости любой сколь угодно малой её частицы. "...Диалектический материализм,- писал Ленин, - настаивает на приблизительном, относительном характере всякого научного положения о строении материи и свойствах ее, на отсутствии абсолютных граней в природе, на превращении движущейся материи из одного состояния в другое, по-видимому, с нашей точки зрения, непримиримое с ним и т. д." (Полн. собр. соч., 5 изд., т. 18, с.276). Примером служит взаимопревращение частиц света (фотонов) и частиц вещества (пары - электрона и позитрона - в процессе её рождения из фотонов и обратного её перехода в фотоны при аннигиляции пары).
Отрицание к.-л. "последних", "абсолютно неизменных" и т. д. частиц материи оправдывается всем ходом углубления человеч. познания в строении материи (см. там же, с. 277).
Если старый А. исходил из того, что "последние", "неделимые" атомы находятся во внешнем отношении друг к другу, пространственно сополагаясь одни с другими, то новый А. признаёт такие взаимодействия частиц материи, в результате к-рых они испытывают коренные изменения, теряют свою самостоятельность, свою индивидуальность и как бы растворяются полностью друг в друге, претерпевая глубочайшие качеств. изменения. Так, примером подобных взаимодействий является взаимопревращение элементарных частиц материи.
Неисчерпаемость электрона наглядно обнаружилась после неудачи попыток построить модель атома, исходя из представления об электронах-шариках (или даже точках), наделённых определ. массой и зарядом и двигающихся вокруг ядра по законам классич. механики. Ядерная же физика показала, что электрон может рождаться из нейтрона, гиперонов и мезонов (с выделением нейтрино), может поглощаться и исчезать как частица в атомном ядре (при захвате), может сливаться с позитроном, словом, испытывать такие многообразные и сложные коренные превращения, к-рые неоспоримо свидетельствуют о его реальной неисчерпаемости. В истории познания каждый крупный успех А. составлял не только революцию в физ. учении о материи и её строении, но вместе с тем очередное поражение идеалистич. взгляда на природу (хотя сам по себе А., конечно, отнюдь не всегда и не во всех своих конкретных формах непосредственно выражал науч. истину). Так, открытие Дальтоном закона простых кратных отношений в химии привело в нач. 19 в. к крушению идеалистич. теории динамизма (Кант, Шеллинг, Гегель и др)., согласно к-рой основу природы составляет не материя, а прерывные силы. В конце 19 в. в физике и химии получило распространение феноменологическое, агностич. течение, связанное с термодинамикой и наиболее отчётливо обнаружившееся в энергетич. мировоззрении (В. Оствальд, 1895). Энергетизм, как и махизм, отрицал реальность атомов и молекул; он пытался построить всю физику и химию на представлении о чистой энергии, комплексом различных видов к-рой объявлялась сама материя и все её свойства. Успехи физики и химии на рубеже 19 и 20 вв., особенно подсчёт числа ионов - газовых частиц, несущих электрич. заряды, а также изучение "броуновского движения" и др. показали совпадение значений Авогадро числа, определённого самыми различными физ. методами. В 1908 Оствальд признал своё поражение в борьбе против А. "Я убедился, что в недавнее время нами получены экспериментальные подтверждения прерывного, или зернистого, характера вещества, которое тщетно отыскивала атомистическая гипотеза в течение столетий и тысячелетий. Изолирование и подсчет числа ионов в газах..., а также совпадение законов броуновского движения с требованиями кинетической теории... дают теперь самому осторожному ученому право говорить об экспериментальном подтверждении атомистической теории вещества... Тем самым атомистическая гипотеза поднята на уровень научно обоснованной теории" (Grundriss der allge-meinen Chemie, Lpz., 1909, S. Ill-IV).
В конце 1-й четв. 20 в. оказалось, что выбрасываемые при |3-распаде электроны уносят только часть энергии, теряемой ядром. Отсюда был сделан вывод, что другая её часть попросту уничтожается. Материалистич. решение возникшей трудности (В. Паули, 1931) состояло в предположении, что при (3-распаде наряду с электроном из ядра вылетает другая, неизвестная ещё частица материи, с очень малой массой и электрически нейтральная, к-рую назвали "нейтрино". Без представления о нейтрино невозможно понять мн. ядерные превращения, а также и превращения элементарных частиц (мезонов, нуклонов, гиперонов). Т. о., и здесь успех А. принёс поражение идеализму в физике.
После открытия позитрона И. и Ф. Жолио-Кюри наблюдали (1933) превращение позитронов и электронов в фотоны; наблюдалось также рождение пары - электрона и позитрона - при прохождении фотона у-лучей вблизи атомного ядра. Эти явления были истолкованы как аннигиляция (уничтожение) материи и как её рождение из энергии. Развивая А., физики-материалисты (С. И. Вавилов, Ф. Жолио-Кюри и др.) показали, что в данном случае происходит взаимопревращение одного физ. вида материи (вещества) в другой её вид (свет). Следовательно, и в этом отношении А. нанёс своими открытиями удар идеализму.
Лит.: Маркс К., Различие между натурфилософией Демокрита и натурфилософией Эпикура, в кн.: Маркс К. и Энгельс Ф., Из ранних произведений, М., 1956; Энгельс Ф., Анти-Дюринг, Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20; Резерфорд Э., Строение атома и искусственное разложение элементов, [пер. с англ.], М. - Л., 1923; Бор Н., Три статьи о спектрах и строении атомов, пер. с нем., М., 1923; Маковельский А. О., Древнегреческие атомисты, Баку, 1946; Кедров Б. М., Атомистика Дальтона, М.- Л., 1949; его же, Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; Г е и -зенберг В., Философские проблемы атомной физики, пер. с нем., М., 1953; Зубов В. П., Развитие атомистических представлений до начала XIX в., М., 1965. См. также лит. при ст. Атомная физика.
Б. М. Кедров.
АТОМНАЯ АРТИЛЛЕРИЯ, арт. системы, предназначенные для стрельбы по наземным и мор. целям снарядами как в обычном и хим. снаряжении, так и с ядерным зарядом. Одним из первых образцов таких систем была 280-мм пушка, изготовленная в США. В 1953 на полигоне в штате Невада при испытании этой пушки стреляли атомным снарядом массой ок. 360 кг. Атомный снаряд разорвался в р-не цели на высоте 150 м от земной поверхности и на расстоянии ок. 11 км от огневой позиции. Мощность взрыва была эквивалентна взрыву 15 тыс. т тротила. В армии США для стрельбы снарядами с ядерным зарядом могут использоваться 203,2-мм гаубицы, 175-мм пушки и 155-мм гаубицы. Ведётся также разработка снарядов с ядерным зарядом к ряду орудий др. калибров. Считают, что сочетание ядерных зарядов большой разрушительной силы и арт. орудий, являющихся наиболее экономичным средством доставки заряда к цели, приведёт к коренному изменению боевых возможностей полевой артиллерии и позволит наиболее эффективно поражать цели.
АТОМНАЯ БОМБА, авиац. бомба с ядерным зарядом. Первые А. б. были изготовлены в США в конце 2-й мировой войны. При взрыве А. б. освобождается огромное количество ядерной энергии. В июле 1945 американцы провели испытание А. б., а затем сбросили 2 бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т на япон. города Хиросима (6 авг.) и Нагасаки (9 авг. 1945). Взрыв А. б. вызвал большие разрушения в этих городах и огромные жертвы среди мирного гражданского населения. В Хиросиме было убито и ранено более 140 тыс. чел., а в Нагасаки ок. 75 тыс. чел. В дальнейшем неск. сот тыс. чел. умерло в результате последствий атомной бомбардировки. Применение А. б. не было вызвано воен. необходимостью. Амер. правящие круги, спекулируя на врем. монополии США в области ядерного оружия, пытались использовать его для устрашения свободолюбивых народов. Однако атомные "секреты" уже в 1947 были раскрыты сов. учёными во главе с акад. И.В.Курчатовым, а в авг. 1949 в СССР произведён экспериментальный взрыв атомного устройства, что привело к полному краху атомного шантажа. Термин "А. б." в наст. время употребляется редко (см. Ядерное оружие, Ядерные боеприпасы и лит. к этим статьям).
"АТОМНАЯ ДИПЛОМАТИЯ", термин, обозначающий внешнеполитич. курс США после окончания 2-й мировой войны, в основе к-рого лежало стремление амер. правящих кругов использовать созданный США арсенал ядерного оружия в качестве средства политич. шантажа и давления на др. страны. "А. д." строилась в расчёте сначала на монопольное обладание США атомным оружием, затем на сохранение амер. превосходства в обл. производства атомного оружия и на неуязвимость терр. США. Проводя "А. д.", США отклоняли все предложения Сов. Союза и др. социа-листич. стран о запрещении использования, прекращении производства и уничтожении запасов ядерного оружия. Создание в СССР атомного (1949) и водородного (1953) оружия, а в последующем и межконтинентальных ракет обрекло на провал "А. д.".
АТОМНАЯ МАССА, атомный вес, значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. Применение особой единицы для измерения А. м. связано с тем, что массы атомов чрезвычайно малы (10-22-10-24 г) и выражать их в граммах неудобно. За единицу А. м. принята 1/12 часть массы изотопа атома углерода 12С. Масса углеродной единицы (сокращённо у. е.) равна (1,660 43± ±0,00031)-10-24 г. Обычно при указании А. м. обозначение "у. е." опускают. Понятие "А. м." ввёл Дж. Дальтон (1803). Он же впервые определил А. м. Обширные работы по установлению А. м. были выполнены в 1-й пол. 19 в. Я. Берцелиусом, позднее Ж. С. Стасом и Т. У. Ричардсом. В 1869 Д. И. Менделеев открыл закон периодич. зависимости свойств элементов от А. м. и на его основе исправил А. м. многих известных в то время элементов (Be, U, La и др.) и, кроме того, предсказал А. м. ещё не открытых тогда Ga, Ge, Sc. После открытия Ф. Содди (1914) явления изотопии (см. Изотопы) понятие "А. м." стали относить и к элементам, состоящим из смеси изотопов, и к отдельным изотопам. Для элементов, к-рые представлены в природе одним изотопом (напр., F, A1), А. м. элемента совпадает с А. м. этого изотопа. Если элемент - смесь изотопов, то его А. м. вычисляют как среднее значение из А. м. отдельных его изотопов, с учётом относит. содержания каждого из них. Так, природный хлор состоит из изотопов 35С1 (75,53% ) и 37С1 (24,47% ), массы атомов к-рых соответственно равны 34,964 и 36,961. А. м. элемента С1 равна: (34,964*75,53+36,961*24,47)/100=35,453
Колебания природного изотопного состава у большинства элементов пренебрежимо малы (менее 0,003%); поэтому каждый элемент имеет практически постоянную А. м., являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Близость к целым числам А. м. элементов, представленных в природе одним изотопом, объясняется тем, что почти вся масса атома заключена в его ядре, а массы составляющих ядро протонов и нейтронов близки к 1. В то же время значения А. м. изотопов (кроме 12С, масса к-рого принята равной 12,00000) никогда точно не равны целым числам. Это объясняется, во-первых, тем, что относительные массы нейтрона и протона немного больше 1 (соответственно 1,008 665 4 и 1,007 276 63), во-вторых, дефектом массы и, в-третьих, небольшим вкладом в общую массу атома массы электронов.
По предложению Дж. Дальтона (1803) единицей А. м. сначала служила масса атома водорода (водородная шкал а). В 1818 Берцелиус опубликовал таблицу А. м., отнесённых к А. м. кислорода, принятой равной 10Э. Система А. м. Берцелиуса господствовала до 1860-х гг., когда химики опять приняли водородную шкалу. Но в 1906 они перешли на кислородную шкалу, по к-рой за единицу А. м. принимали 1/16 часть А. м. кислорода. После открытия изотопов кислорода (16О, 17О, 18О) А. м. стали указывать по двум шкалам: химической, в основе к-рой лежала 1/16 часть средней массы атома природного кислорода, и физической с единицей массы, равной 1/16массы атома 16О. Использование двух шкал имело ряд недостатков, вследствие чего в 1961 перешли к единой, углеродной шкале.
Для нахождения А. м. пользуются различными методами. Часть их основана на экспериментальном определении молекулярной массы к.-л. соединения данного элемента. В этом случае А. м. равна доле молекулярной массы, приходящейся на этот элемент, делённой на число его атомов в молекуле. Точные значения А. м. можно найти, определяя хим. анализом эквивалент химический элемента (А. м. равна произведению эквивалента на валентность). С наибольшей точностью (до 0,001% и выше) А. м. можно определить методом масс-спектроскопии; масс-спектр элемента даёт сведения о количественном изотопном составе и о массах атомов отдельных изотопов, на основании чего легко рассчитать А. м. (см. выше пример с 35С1 и 37С1). А. м. вновь синтезируемых элементов оценивают на основе рассмотрения ядерной реакции их образования.
Совр. значения А. м. приведены в статьях о хим. элементах и в статье Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.
Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1 - 2, М.- Л., 1947; Н е-к р а с о в Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; П о л и н г Л., Общая химия, пер.
с англ., М., 1964; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963; Д ж у а М., История химии, пер. с итал., М., 1966. С. С. Бердоносов.
АТОМНАЯ ПОДВОДНАЯ ЛОДКА, см. в ст. Атомный флот и Подводная лодка.
АТОМНАЯ СЕКУНДА, единичный интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам колебаний цезиевого эталона частоты (см. Квантовые стандарты частоты).
АТОМНАЯ ФИЗИКА, раздел физики, в к-ром изучают строение и состояние атомов. А. ф. возникла в кон. 19 - нач. 20 вв. В 10-х гг. 20 в. было установлено, что атом состоит из ядра и электронов, связанных электрич. силами. На первом этапе своего развития А. ф. охватывала также вопросы, связанные со строением атомного ядра. В 30-х гг. выяснилось, что природа взаимодействий, имеющих место в атомном ядре, иная, чем во внешней оболочке атома, и в 40-х гг. ядерная физика выделилась в самостоят. область науки. В 50-х гг. от неё отпочковалась физика элементарных частиц, или физика высоких энергий.
Предыстория атомной физики: учение об атомах в 17 -19 вв. Мысль о существовании атомов как неделимых частиц материи возникла ещё в древности; идеи атомизма впервые были высказаны др.-греч. мыслителями Демокритом и Эпикуром. В 17 в. они были возрождены франц. философом П. Гассенди и англ. химиком Р. Бойлем.
Представления об атомах, господствовавшие в 17-18 вв., были малоопреде-лимыми. Атомы считались абсолютно неделимыми и неизменными твёрдыми частицами, различные виды к-рых отличаются друг от друга по размеру и форме. Сочетания атомов в том или ином порядке образуют различные тела, движения атомов обусловливают все явления, происходящие в веществе. И. Ньютон, М. В. Ломоносов и нек-рые др. учёные полагали, что атомы могут сцепляться в более сложные частицы - "корпускулы". Однако а'томам не приписывали определённых хим. и физ. свойств. Атомистика ещё носила абстрактный, натурфилософский характер.
В конце 18 - нач. 19 вв. в результате быстрого развития химии была создана основа для количественной разработки атомного учения. Англ. учёный Дж. Дальтон впервые (1803) стал рассматривать атом как мельчайшую частицу хим. элемента, отличающуюся от атомов др. элементов своей массой. По Дальтону, основной характеристикой атома является атомная масса. Хим. соединения представляют собой совокупность "составных атомов", содержащих определённые (характерные для данного сложного вещества) числа атомов каждого элемента. Все хим. реакции являются лишь перегруппировками атомов в новые сложные частицы. Исходя из этих положений, Дальтон сформулировал свой закон кратных отношений (см. Кратных отношений закон). Исследования итал. учёных А. Авогадро (1811) и, в особенности, С. Канниццаро (1858) провели чёткую грань между атомом и молекулой. В 19 в. наряду с хим. свойствами атомов были изучены их оптич. свойства. Было установлено, что каждый элемент обладает характерным оптическим спектром; был открыт спектральный анализ (нем. физики Г. Кирхгоф и Р. Бунзен, I860).
Т. о., атом предстал как качественно своеобразная частица вещества, характеризуемая строго определёнными физ. и хим. свойствами. Но свойства атома считались извечными и необъяснимыми. Полагали, что число видов атомов (хим. элементов) случайно и что между ними не существует никакой связи. Однако постепенно выяснилось, что существуют группы элементов, обладающих одинаковыми хим. свойствами - одинаковой макс. валентностью, и сходными законами изменения (при переходе от одной группы к другой) физ. свойств -темп-ры плавления, сжимаемости и др. В 1869 Д. И. Менделеев открыл периодическую систему элементов. Он показал, что с увеличением атомной массы элементов их хим. и физ. свойства периодически повторяются (рис. 1 и 2).
Периодич. система доказала существование связи между различными видами атомов. Напрашивался вывод, что атом имеет сложное строение, изменяющееся с атомной массой. Проблема раскрытия структуры атома стала важнейшей в химии и в физике (подробнее см. Атомизм).
Возникновение атомной физики. Важнейшими событиями в науке, от к-рых берёт начало А. ф., были открытия электрона и радиоактивности. При исследовании прохождения электрич. тока через сильно разреженные газы были открыты лучи, испускаемые катодом разрядной трубки (катодные лучи) и обладающие свойством отклоняться в поперечном электрич. и магнитном полях. Выяснилось, что эти лучи состоят из быстро летящих отрицательно заряженных частиц, названных электронами. В 1897 англ. физик Дж. Дж. Томсон измерил отношение заряда е этих частиц к их массе т. Было также обнаружено, что металлы при сильном нагревании или освещении светом короткой длины волны испускают электроны (см. Термоэлектронная эмиссия, Фотоэлектронная эмиссия). Из этого было сделано заключение, что электроны входят в состав любых атомов. Отсюда далее следовало, что нейтральные атомы должны также содержать и положительно заряженные частицы. Положительно заряженные атомы - ионы - были действительно обнаружены при исследовании электрич. разрядов в разреженных газах. Представление об атоме как о системе заряженных частиц объясняло, согласно теории голл. физика X. Лоренца, саму возможность излучения атомом света (электромагнитных волн): электромагнитное излучение возникает при колебаниях внутриатомных зарядов; это получило подтверждение при исследовании действия магнитного поля на атомные спектры (см. Зеемана явление). Выяснилось, что отношение заряда внутриатомных электронов к их массе elm, найденное Лоренцом в его теории явления Зеемана, в точности равно значению e/m для свободных электронов, полученному в опытах Томсона. Теория электронов и её экспериментальное подтверждение дали бесспорное доказательство сложности атома.
Представление о неделимости и непре-вращаемости атома было окончательно опровергнуто работами франц. учёных М. Склодовской-Кюри и П. Кюри. В результате изучения радиоактивности было установлено (Ф. |
