Номер 2, страница 10 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 1. Строение атома. Периодический закон и периодическая система элементов L. И. Менделеева. Параграф 1. Сложное строение атома - номер 2, страница 10.

Условие.

2. Приведите факты, которые свидетельствуют в пользу волновой и корпускулярной природы электрона.

Решение.

Решение 2.

Электрон, как и другие микрочастицы, обладает корпускулярно-волновым дуализмом. Это означает, что в одних условиях он проявляет себя как частица (корпускула), а в других — как волна. Существуют экспериментальные факты, подтверждающие обе стороны его природы.

Факты, свидетельствующие в пользу корпускулярной природы электрона (свойств частицы)

• Наличие определённой массы и заряда. Экспериментально установлено, что электрон обладает неизменной массой покоя ($m_e \approx 9,11 \cdot 10^{-31}$ кг) и элементарным электрическим зарядом ($e \approx -1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл). Наличие таких фиксированных характеристик свойственно именно частицам.
• Фотоэлектрический эффект. Явление вырывания электронов из вещества под действием света. Оно объясняется тем, что свет поглощается дискретными порциями (квантами-фотонами), и каждый фотон взаимодействует с одним электроном, передавая ему свою энергию. Это взаимодействие подобно столкновению двух частиц.
• Эффект Комптона. При рассеянии рентгеновских лучей на свободных электронах наблюдается увеличение длины волны излучения. Этот эффект трактуется как упругое столкновение фотона с электроном, при котором выполняются законы сохранения энергии и импульса, как при соударении двух шаров.
• Треки в камере Вильсона и пузырьковой камере. Быстро движущийся электрон, пролетая через пересыщенный пар или перегретую жидкость, оставляет за собой видимый след (трек). Этот трек представляет собой чёткую линию, что указывает на движение электрона по определённой траектории, что является характеристикой частицы.

Ответ: Корпускулярная природа электрона подтверждается наличием у него дискретного заряда и массы, а также его поведением в явлениях фотоэффекта и эффекта Комптона, где он взаимодействует как локализованный объект, и способностью оставлять чёткие траектории в регистрирующих приборах.

Факты, свидетельствующие в пользу волновой природы электрона (волновых свойств)

• Дифракция электронов. В 1927 году К. Дэвиссон и Л. Джермер экспериментально обнаружили, что пучок электронов, отражённый от кристалла никеля, даёт отчётливую дифракционную картину, состоящую из максимумов и минимумов интенсивности. Дифракция — это явление, характерное исключительно для волн.
• Гипотеза де Бройля. В 1924 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что любая движущаяся частица с импульсом $\text{p}$ обладает волновыми свойствами с длиной волны $\lambda$, определяемой соотношением: $\lambda = \frac{h}{p}$, где $\text{h}$ — постоянная Планка. Эксперименты по дифракции электронов полностью подтвердили эту гипотезу.
• Электронный микроскоп. Принцип действия электронного микроскопа основан на волновых свойствах электронов. Благодаря тому, что длина волны быстрых электронов значительно меньше длины волны видимого света, электронные микроскопы позволяют получать изображения с гораздо большим увеличением и разрешением, чем оптические.
• Квантование энергии в атомах. Устойчивые (стационарные) состояния электрона в атоме объясняются тем, что на его орбите должно укладываться целое число длин волн де Бройля. Это условие существования стоячей волны приводит к тому, что энергия электрона в атоме может принимать только определённые, дискретные значения (квантуется).

Ответ: Волновая природа электрона доказывается его способностью к дифракции и интерференции, что было предсказано гипотезой де Бройля и экспериментально подтверждено. Эти свойства лежат в основе работы электронных микроскопов и объясняют квантование энергетических уровней в атомах.