Конце XIX - начале XX века физики доказали, что атом является сложной частицей и состоит из более простых (элементарных) частиц. Были обнаружены:
катодные лучи (английский физик Дж. Дж. Томсон, 1897 г.), частицы которых получили название электроны e− (несут единичный отрицательный заряд); естественная радиоактивность элементов (французские ученые - радиохимики А. Беккерель и М. Склодовская-Кюри, физик Пьер Кюри, 1896 г.) и существование α-частиц (ядер гелия 4He2+); наличие в центре атома положительно заряженного ядра (английский физик и радиохимик Э. Резерфорд, 1911 г.); искусственное превращение одного элемента в другой, например азота в кислород (Э. Резерфорд, 1919 г.). Из ядра атома одного элемента (азота - в опыте Резерфорда) при соударении с α-частицей образовывалось ядро атома другого элемента (кислорода) и новая частица, несущая единичный положительный заряд и названная протоном (p+, ядро 1H) наличие в ядре атома электронейтральных частиц - нейтронов n0 (английский физик Дж. Чедвик, 1932 г.).
следы альфа-частиц в кислороде следы альфа-частиц в кислороде
В результате проведенных исследований было установлено, что в атоме каждого элемента (кроме 1H) присутствуют протоны, нейтроны и электроны, причем протоны и нейтроны сосредоточены в ядре атома, а электроны - на его периферии (в электронной оболочке).
Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке атома и отвечает порядковому номеру этого элемента в Периодической системе.
Электронная оболочка атома представляет собой сложную систему. Она делится на подоболочки с разной энергией (энергетические уровни); уровни, в свою очередь, подразделяются на подуровни, а подуровни включают атомные орбитали, которые могут различаться формой и размерами (обозначаются буквами s, p, d, f и др.).
s-орбиталь Форма s-орбитали - сферическая.
Форма p-орбиталей (их число на p-подуровне равно 3) - гантелеобразная. p-орбитали
Форма d-орбиталей (число которых на соответствующем d-подуровне равно 5) - более сложная: d-орбитали
Еще сложнее форма f-орбиталей, число которых на f-подуровне равно 7.
Какую массу целлюлозы и азотной кислоты надо взять для получения 1т. тринитроцеллюлозы? Массовая доля ее выхода =70%?
Дано:
m ([C6H7O2(ONO2)3]) = 1 т = 1000 кг
w (вых [C6H7O2(ONO2)3]) = 70%
Найти: m(HNO3), m([C6H7O2(OH)3])
m(теор [C6H7O2(OH)3]) = m(практ) ∙ 100%\ w(вых) = 1000 кг∙100%\70% = 1428,6 кг
Вычислим массу необходимой кислоты для получения тринитроцеллюлозы:
х г у г 1428,6 кг
[C6H7O2(OH)3] + 3HNO3 = [C6H7O2(ONO2)3] + 3H2O
162 г 189 г 297 г
Рассчитаем необходимую массу целлюлозы:
х кг -- 1428,6 кг
162 г -- 297 г
у = 162 г ∙ 1428,6 кг \ 297 г = 779,2 кг
Рассчитаем необходимую массу азотной кислоты:
х кг -- 1428,6 кг
189 г -- 297 г
у = 189 г ∙ 1428,6 кг \ 297 г = 909 кг
ответ: m(HNO3) = 909 кг, m([C6H7O2(OH)3]) = 779,2 кг