Experimentellen Daten zufolge beträgt die erste Ionisationsenergie (PIE) eines Wasserstoffmoleküls 1,494 kJ/mol. Als Ergebnis der Lücke eines Elektrons mit einem Wasserstoffmolekül wird ein positives Wasserstoffion (H 2 +) gebildet. Um die berechneten Daten mit den experimentellen Daten zu vergleichen, müssen wir die Energie des positiven Wasserstoffions nach demselben Schema berechnen, mit dem wir die Energie des Wasserstoffmoleküls bestimmt haben. Wenn wir dieses Schema verwenden, kommen wir zu dem Schluss, dass die Energie eines positiven Wasserstoffions gleich der Energie eines nicht heliumähnlichen, sondern eines wasserstoffähnlichen Atoms mit einer Ladung Z ist, die gleich der reduzierten Ladung am Punkt E ist, während Z kann mit folgender Formel berechnet werden:
Z = (N 2 /2n) [(4n/N) 2/3 - 1] 3/2 - S n ,
wobei N die Kernladung in Protoneneinheiten ist; n ist die Anzahl der Bindungselektronen; S n - Bezeichnung der interelektronischen Abstoßung. Bei einem Elektron (H 2 +) ist S n Null. Ein ausführlicher Beweis dieser Formel findet sich in der Monographie.
Bei der Berechnung mit dieser Gleichung finden wir Folgendes:
Z = (1 2 /2) [(4/1) 2/3 - 1] 3/2 = 0,5 (40,666 - 1) 1,5 = 0,93
Dementsprechend wird die Energie von H 2 + durch die Formel bestimmt:
E H2 + = 1 317 . 0,932 = 1 150 kJ/mol
Das H 2 + -Molekül kann als ein aus einem Wasserstoffatom und einem Proton gebildetes Molekül dargestellt werden. Die gesamte elektronische Energie der Ausgangskomponenten ist gleich dem PIE des Wasserstoffatoms, d. h. 1317 kJ/mol. Das heißt, Berechnungen zufolge setzt die Bildung eines H 2 + -Ions keine Energie frei, sondern im Gegenteil Verlust Wert von 167 kJ/mol. Somit ist das H 2 + -Molekül den Berechnungen zufolge extrem instabil. [Diese Tatsache wird in der Encyclopedia of Inorganic Chemistry (1994) auf Seite 1463 erwähnt.] Dementsprechend zerfällt es in ein Wasserstoffatom und ein Proton, wenn ein Elektron von einem Wasserstoffmolekül entfernt wird. Die Gesamtenergie beträgt in diesem Fall 1317 kJ/mol. Somit wird die experimentell berechnete elektronische Energie des Wasserstoffmoleküls (E H2) durch die Formel bestimmt:
E H2 = 1317 kJ/mol + 1494 kJ/mol = 2811 kJ/mol,
wobei 1,317 kJ/mol der Energiewert des Wasserstoffatoms und 1,494 kJ/mol der PIE des Wasserstoffatoms (FIE H 2) ist. Die mit den Gleichungen berechnete Energie des Wasserstoffmoleküls betrug 2.900 kJ/mol. Die Diskrepanz zwischen experimentellen und berechneten Daten betrug 3,06 %.
Also (2,900 kJ/mol - 2,811 kJ/mol) / 2,900 kJ/mol = 0,0306. Das heißt, der unter Verwendung der Gleichungen berechnete Energiewert des Wasserstoffmoleküls war 3,06% höher als der unter Verwendung experimenteller Daten erhaltene Wert.
Wie bereits in diesem Abschnitt erwähnt, lässt sich die Energie eines Wasserstoffmoleküls genauso berechnen wie die Energie eines heliumähnlichen Atoms (ein Kern, der von zwei Elektronen umgeben ist). Basierend auf der Rechnung für heliumähnliche Atome erhalten wir:
E gel = 1,317 (Z - 0,25) 2 2
Die Energien von heliumähnlichen Atomen mit Kernladungen gleich 1, 2 und 3 Protoneneinheiten betrugen 1,485; 8,025 bzw. 19,825 kJ/mol. Zum Vergleich: Die experimentell berechnete Energie dieser Atome (die Summe der Ionisationsenergien von H¯, He und Li +) betrug 1,395; 7,607 bzw. 19,090 kJ/mol.
Mit anderen Worten, die experimentell berechneten Energiewerte für H¯; Er; und Li + stellte sich als um 6,1 % geringer als die berechneten Daten heraus; 5,2 % bzw. 3,7 %.
Wie oben erwähnt, war der experimentell bestimmte Wert der Energie des Wasserstoffmoleküls um 3,06 % niedriger als der auf der Grundlage des Modells berechnete Wert, was ziemlich überzeugend beweist, dass das Modell absolut genau ist.
Wasserstoffionenenergie H 2 +
Aus Formel (66.2), die beide Faradayschen Gesetze kombiniert, folgt, dass, wenn die Ladung numerisch gleich der Faraday-Konstante ist, die Masse gleich ist, d.h. wenn eine Ladung gleich 96.484 C durch den Elektrolyten geht, [kg] von jede Substanz wird freigesetzt, d.h. um diese Substanz zu beten. Mit anderen Worten, um ein Mol einer Substanz freizusetzen, muss eine Ladung durch den Elektrolyten fließen, die numerisch gleich [C] ist. Wenn also ein Mol einer einwertigen Substanz freigesetzt wird (1,008 g Wasserstoff, 22,99 g Natrium, 107,87 g Silber usw.), geht eine Ladung, die numerisch gleich C ist, durch den Elektrolyten; Wenn ein Mol einer zweiwertigen Substanz freigesetzt wird (16,00 g Sauerstoff, 65,38 g Zink, 63,55 g Kupfer usw.), fließt eine Ladung, die numerisch gleich C ist, durch den Elektrolyten usw.
Aber wir wissen, dass ein Mol jeder Substanz die gleiche Anzahl von Atomen enthält, die der Avogadro-Konstante entspricht 
mol-1. Somit trägt jedes an der Elektrode freigesetzte Ion einer einwertigen Substanz eine Ladung
Kl. (69.1)
Mit der Freisetzung jedes Atoms einer zweiwertigen Substanz geht eine Ladung durch den Elektrolyten 
C, doppelt so groß usw. Im Allgemeinen wird, wenn jedes Atom einer -Valenzsubstanz freigesetzt wird, eine Ladung [C] durch den Elektrolyten übertragen.
Wir sehen, dass die während der Elektrolyse mit jedem Ion übertragenen Ladungen ganzzahlige Vielfache einer minimalen Elektrizitätsmenge gleich C sind. Jedes einwertige Ion (Kalium, Silber usw.) trägt eine solche Ladung. Jedes zweiwertige Ion (ein Ion von Zink, Quecksilber usw.) trägt zwei solcher Ladungen. Während der Elektrolyse treten niemals Fälle auf, in denen eine Ladung, die einen Bruchteil von C enthält, mit dem Ion übertragen wird. Der deutsche Physiker und Physiologe Hermann Helmholtz (1821-1894), der auf diese Folgerung des Faradayschen Gesetzes aufmerksam machte, schloss daraus, dass die angegebene Elektrizitätsmenge Kl die kleinste in der Natur vorkommende Elektrizitätsmenge darstellt; diese Mindestladung wird Elementarladung genannt. Einwertige Anionen (Chlor-, Jodionen usw.) tragen eine negative Elementarladung, einwertige Kationen (Wasserstoff-, Natrium-, Kalium-, Silberionen usw.) - eine positive Elementarladung, zweiwertige Anionen - zwei negative Elementarladungen, zweiwertig Kationen - zwei positive Elementarladungen usw.
So stießen die Forscher bei den Phänomenen der Elektrolyse erstmals auf Manifestationen der diskreten (diskontinuierlichen) Natur der Elektrizität (§ 5) und konnten die elektrische Elementarladung bestimmen. Später wurden andere Phänomene entdeckt, in denen sich die diskrete Natur der Elektrizität manifestiert, und andere Wege gefunden, um die negative Elementarladung - die Ladung des Elektrons - zu messen. Alle diese Messungen ergaben denselben Wert für die Elektronenladung, den wir gerade aus dem Faradayschen Gesetz erhalten haben. Dies ist die beste Bestätigung für die Richtigkeit des ionischen Mechanismus für den Stromdurchgang durch Elektrolyte, den wir im vorherigen Absatz skizziert haben.
Ionen werden normalerweise durch die Zeichen "+" oder "-" in der Nähe der entsprechenden Formeln (normalerweise oben rechts) gekennzeichnet. Die Anzahl der Zeichen "+" oder "-" entspricht der Wertigkeit des Ions (z. B. Kupferionen sind oder, Chlorionen sind nur usw.).
§ 79. Ladung und Masse des Ions.
Aus dem in den vorangegangenen Abschnitten Gesagten folgt zunächst, dass die von positiven und negativen Ionen getragenen Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen im absoluten Wert identisch sein müssen, da sie im Allgemeinen durch Spaltung neutraler Moleküle gebildet werden eine Substanz. Die ersten quantitativen Bestimmungen von Größen, die es ermöglichen, die Masse von Ionen verschiedener Kategorien zu beurteilen, wurden von J. J. Thomson und W. Wiiom gemacht, und die ersten ungefähren Bestimmungen der Ladung eines Ions wurden von J. J. Thomson gemacht.
Die Hauptuntersuchungsreihe war der Bestimmung des Ionenladungsverhältnisses gewidmet e zu seinem Gewicht m. Bei einer der Methoden, die J. J. Thomson 1897 anwendete, operierte er an der sogenannten Kathodenstrahlen, von Crookes entdeckt und besteht aus einem Strom einiger sehr eigenartiger Teilchen, die negative Ladungen tragen. Kathodenstrahlen wurden bekanntlich von Crookes in sehr deutlich ausgedrückter Form in einem Glasgefäß mit einem sehr dünnen Raum beobachtet, in dem sich zwei Elektroden befanden: eine flache oder leicht konkave Kathode und eine Art Anode. Bei ausreichend hoher Potentialdifferenz zwischen diesen Elektroden treten die bereits erwähnten Kathodenstrahlen, die eine Reihe besonderer Eigenschaften aufweisen, etwa senkrecht von der Oberfläche der negativen Elektrode aus. Ein Strahl von Kathodenstrahlen wird durch die Einwirkung eines transversalen Magnetfelds abgelenkt, das entweder anhand der Fluoreszenz von Gasrückständen in der Röhre oder der Fluoreszenz eines speziellen Schirms, auf den die Strahlen fallen, nachgewiesen werden kann. Die gleiche Abweichung kann erhalten werden, indem Kathodenstrahlen zwischen den Platten des Kondensators hindurchgeführt werden
in der Röhre platziert und von einer konstanten Quelle geladen. In beiden Fällen entspricht die Ablenkrichtung genau der negativen Elektrifizierung der die Kathodenstrahlen bildenden Teilchen. Ähnliche Beobachtungen können zum Beispiel mit einem Rohr mit sehr verdünntem Gas gemacht werden, wie in Abbildung 132 gezeigt.
Hier ist C die Kathode, SONDERN - eine Anode mit einem Abstand von etwa 2 - 3 Millimetern, BEIM - eine mit dem Boden verbundene Metallscheibe mit einem etwa einen Millimeter breiten Spalt, D 1 und D 2 - Kondensatorplatten, F - fluoreszierender Schirm, der auf der Innenfläche der Glasröhre aufgebracht ist. Die von der Oberfläche der Kathode C ausgehenden Kathodenstrahlen treten durch die Schlitze hindurch SONDERN und BEIM in die Richtung ODER und hinterlassen eine leuchtende Spur auf dem Bildschirm R. Stellen Sie sich nun vor, dass sich die Röhre in einem gleichmäßigen Magnetfeld senkrecht zur Ebene von Abbildung 132 befindet, d. h. senkrecht zu OP. In diesem Fall wird der Kathodenstrahl von einer geraden Linie in eine gekrümmte übergehen. (ODER") entlang eines Kreisbogens dessen Radius hängt von der magnetischen Induktion ab BEIM, ab Gebühr e Teilchen, die Kathodenstrahlen bilden, nach ihrer Masse t und von ihrer Geschwindigkeit v. Tatsächlich wird der Krümmungsradius der Ionenflugbahn durch die Bedingung der absoluten Wertgleichheit der Zentrifugalkraft einerseits und der Kraft, die das Teilchen zum Krümmungsmittelpunkt ablenkt, andererseits bestimmt. Die Zentrifugalkraft ist mv 2 /r. ablenkendes Teilchen
Kraft ist gleich dem Produkt der magnetischen Induktion BEIM und Mengen ev, was nichts anderes als ein Maß für die Stärke des Stroms aufgrund der Bewegung der Ladung ist e mit Geschwindigkeit v (der Winkel zwischen der Richtung des Vektors BEIM ist in diesem Fall gleich 90°). Daher können wir schreiben:
mv 2 / r=Bev.
Auf der anderen Seite informieren die Platten D 1 und D 2 einigen Potentialunterschieden können wir auch die Ablenkung des Kathodenstrahls bewirken, indem wir ein elektrisches Querfeld an die sich bewegenden geladenen Elemente des Strahls anlegen. Bezeichnet die elektrische Kraft zwischen den Platten D 1 und D 2 durch E, Wir können die mechanische Kraft dieser Wirkung auf jedes einzelne Teilchen durch ausdrücken Sie. In diesem Fall das Vorzeichen der Potentialdifferenz zwischen den Platten D 1 und d 2
kann so gewählt werden, dass die Ablenkwirkungen der elektrischen und magnetischen Felder auf den Kathodenstrahl einander entgegengesetzt sind. Durch Einstellen eines bestimmten Werts der elektrischen Kraft E, wir werden dann die magnetische Induktion entsprechend ändern BEIM und auf diese Weise können wir die Beseitigung der Abweichung des Kathodenstrahls erreichen, die durch die Rückkehr der fluoreszierenden Spur des Strahls zum Punkt beurteilt werden kann R. Wenn dies erreicht ist, steht es uns frei zu schreiben:
Sie=Vev.
Betrachtet man den Wert BEIM, so ausgewählt, und durch Kombinieren der erhaltenen zwei Verhältnisse erhalten wir:
Die Höhe der Ladung selbst e wurde, wie wir weiter unten sehen werden, direkt aus anderen Beobachtungen bestimmt.
Attitüde e zu m und Geschwindigkeitswert v wurden von J. J. Thomson und einer anderen Methode erhalten, bei der unter anderem die Größe der Menge an negativer Elektrizität, die von einem bestimmten Teil des Kathodenstroms getragen wird, nach der Perrin-Methode bestimmt wurde (Abb. 133).
Im Weg des von der negativen Elektrode C ausgehenden Kathodenstrahls befindet sich ein hohler Metallzylinder BEIM mit einem Loch in der unteren Elektrode C. Dieser Zylinder BEIM sehr sorgfältig isoliert und in einer schützenden Metallkammer untergebracht, um jegliche Art von elektrischen Einflüssen zu verhindern SONDERN, gleichzeitig die Rolle der Anode spielen. Zylinder BEIM an ein speziell kalibriertes Elektrometer angeschlossen, mit dem Sie die vom Zylinder aufgenommene elektrische Ladung messen können. Wie Perrin zeigte, dringt der Kathodenstrahl in den Zylinder ein BEIM, lädt es mit negativer Elektrizität auf, und die Größe dieser Ladung ist unter gegebenen unveränderten Bedingungen streng proportional zu der Zeit, während der der Kathodenstrahl wirkt. Erfahrungen machen für einige
über einen bestimmten Zeitraum maß J. J. Thomson die Ladung Q, während dieser Zeit vom Zylinder erfasst BEIM. Bezeichnung durch N die Anzahl der in den Zylinder eintretenden negativen Stromträger BEIM, wir bekommen:
Nein= Q.
Dann hat J. J. Thomson die Menge an kinetischer Energie gemessen, die diese haben N Teilchen, wodurch derselbe Kathodenstrahl im gleichen Zeitintervall auf ein speziell angefertigtes Thermoelement fällt, das sich zu diesem Zweck anstelle eines Zylinders im Weg des Kathodenstrahls befindet BEIM, und graduiert wie ein Kalorimeter. Bezeichnung durch W die Energiemenge, die ein kalorimetrisches Thermoelement aufgrund seines Beschusses erhält N Teilchen mit einer Masse m jeder und rauscht mit Geschwindigkeit v, und unter der Annahme, dass die kinetische Energie jedes Teilchens vollständig in Wärme umgewandelt wird, wenn es auf die Oberfläche des Thermoelements trifft, erhalten wir die zweite Beziehung:
1 / 2 Nmv 2 =M.
Schließlich machen wir das oben beschriebene Experiment mit der Ablenkung des Kathodenstrahls durch ein Magnetfeld und fügen die dritte Beziehung hinzu:
mv 2 / r= Bev.
Aus diesen drei Verhältnissen erhalten Sie:
So konnte J. J. Thomson das Ladungs-Masse-Verhältnis und die Geschwindigkeit der Teilchen, aus denen der Kathodenstrahl besteht, auf verschiedene Weise bestimmen. Geschwindigkeitswert v hängt über einen weiten Bereich von der an die Elektroden der Röhre angelegten Potentialdifferenz ab. Unter den Betriebsbedingungen von J. J. Thomson bei Spannungen bis 10.000 Volt und etwas darüber v 3,6 10 9 Zentimeter pro Sekunde erreicht, also einen Wert, der etwas über einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit liegt. Was die Größe des Verhältnisses angeht e/ m, also völlig unabhängig von irgendwelchen Begleitumständen (Spannung, Art des Gases in der Röhre, Substanz der negativen Elektrode usw.), stellt sich dieses Verhältnis immer in der gleichen Größenordnung heraus. J. J. Thomson erhielt in den beschriebenen Experimenten:
e/ m= etwa 10 7 in abs. el.-mag. Einheiten.
Wir wissen jetzt aus den Ergebnissen späterer, fortgeschrittenerer Experimente, dass ein genauerer Wert für dieses Verhältnis sein sollte:
e/ m\u003d 1,76 10 7 in abs. el.-mag. Einheiten.
Die angezeigte kleine Diskrepanz, die durch eine Reihe von Fehlerquellen in den ersten Experimenten erklärt wird, hat jedoch keine signifikante Bedeutung für die Untermauerung dieser äußerst wichtigen und grundlegenden Schlussfolgerungen, zu denen J. J. Thomson bei der Analyse seiner Ergebnisse gelangt ist. In dieser Hinsicht ist es nur notwendig, die Größenordnung - zu kennen, und J. J. Thomson hat sie ziemlich genau bestimmt und dann den erhaltenen Wert mit dem verglichen, was für das Verhältnis von Ladung zu Masse im Fall gewöhnlicher materieller Ionen erhalten wird. Er berechnete, dass im Fall des leichtesten Ions, mit dem wir es zu tun haben, wenn Strom durch Elektrolyte geleitet wird, nämlich im Fall eines Wasserstoffions, das für uns interessante Verhältnis etwa 10 4 beträgt (der genauere Wert ist 0,96 10 4). . Wie wir später sehen werden, hat J. J. Thomson gezeigt, dass die Größe der Ladung der Elemente des Kathodenstrahls und der elektrolytischen Ionen als gleich erkannt werden muss. Daraus leitete er den Schluss ab, dass die Masse des Kathodenflussteilchens um ein Vielfaches (mehr als tausendmal) leichter ist als das leichteste Atom, das Wasserstoffatom. Wir wissen jetzt, dass die Masse eines Wasserstoffatoms ungefähr 1840-mal so groß ist wie die Masse eines Wasserstoffatoms Elektron, welcher Name, vorgeschlagen von Johnston Stoney, sich schließlich in der Wissenschaft durchgesetzt hat, um jene Träger negativer Elektrizität zu bezeichnen, denen wir im Allgemeinen immer dann begegnen, wenn Strom durch Gase und Leere fließt. Das größte Verdienst von J. J. Thomson liegt gerade darin, dass er als erster die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der leichtesten materiellen Teilchen festgestellt hat, die Träger der kleinsten elektrischen Ladung sind, die uns in der Erfahrung begegnen. Diese leichtesten Teilchen, deren Masse 1840-mal geringer ist als die Masse eines Wasserstoffatoms, betrachten wir heute mit gutem Grund als Atome der Elektrizität. Eine sorgfältige theoretische und experimentelle Untersuchung der Frage nach der Masse eines Elektrons zeigt, dass diese nicht konstant ist, sondern sich als Funktion der Geschwindigkeit herausstellt. Bezeichnet die Masse eines Elektrons, das sich im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit langsam bewegt m 0 , nach neuesten Erfahrungen können wir akzeptieren:
wo v ist die Geschwindigkeit des Elektrons, und mit - der Lichtgeschwindigkeit können wir den folgenden Ausdruck für die Masse eines Elektrons, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, theoretisch begründen v:
Daraus entstand die Idee elektromagnetische Natur der Elektronenmasse.
Von großem Interesse ist der Wertevergleich – z Elektron und für positive Gasionen, und zu diesem Zweck können Sie die Ergebnisse der Experimente von V. Wien verwenden, der dieses Verhältnis bei positiven Ionen bestimmt hat, die das sogenannte bilden Sonnenstrahlen, zuerst von Goldstein beobachtet. Wenn zwischen Anode und Kathode in einem stark verdünnten Gas eine elektrische Entladung auftritt und die Kathode aus einer Metallplatte mit vielen kleinen Löchern besteht, dann leuchtet hinter der Kathode, d.h. von der der Anode gegenüberliegenden Seite, sehr schwach Es werden Strahlen beobachtet, die durch die Löcher dringen und an der Stelle ihres Auftreffens auf die Wände des Gefäßes eine merkliche Fluoreszenz des Glases verursachen. Wien zeigte erstens, dass Goldsteins Sonnenstrahlen aus positiv geladenen Ionen bestehen, die im elektrischen Feld auf der anderen Seite der Kathode sehr hohe Geschwindigkeiten erreichten und dadurch sozusagen durch die Löcher hindurch schlüpfen konnten Trägheit. Indem man einen Strahl von Sonnenuntergangsstrahlen einem elektrischen und magnetischen Feld aussetzt und dieselbe Methode anwendet, die oben für Kathodenstrahlen beschrieben wurde, gewinnt man
konnte den Wert bestimmen - für Sonnenuntergangsstrahlen und erhielt: e/ m= ca. 300 in abs. el.-mag. Einheiten
v - etwa 3 10 7 Zentimeter pro Sekunde.
Es stellte sich also heraus, dass die Geschwindigkeit 100-mal geringer war als die Geschwindigkeiten, die für Elektronen unter Bedingungen ähnlicher elektrischer Felder beobachtet wurden. Da ferner zweifellos die Ladungen positiver und negativer Ionen in Gasen identisch sein müssen, war die Masse positiver Ionen in Wiens Experimenten offensichtlich etwa 30.000-mal größer als die Masse eines Elektrons . Als Referenz können wir angeben, dass wir für Eisen während der Elektrolyse von Lösungen von Eisensalzen erhalten
e/ m= ungefähr 400.
Mit anderen Worten, positive Gasionen haben Massen in der gleichen Größenordnung wie schwere elektrolytische Ionen, das heißt, sie sind die eine oder andere, manchmal sehr schwere Kombination aus gewöhnlichen Atomen und Materiemolekülen.
Wenden wir uns nun der Frage nach den Ladungen gasförmiger Ionen zu und verweilen wir zunächst bei der Arbeit von J. J. Thomson, der als erster die Ladung des Elektrons bestimmt hat. Er nutzte die Eigenschaft von Wasserdampf, um Ionen herum zu kondensieren und Nebeltröpfchen zu bilden. Diese Eigenschaft wurde von Wilson entdeckt, der zeigte, dass bei adiabatischer Expansion von gesättigtem Wasserdampf in Gegenwart von Gaskegeln Nebel entsteht, und zwar mit einem geringeren Expansionsgrad als erforderlich, wenn die Luft überhaupt keine Ionen enthält. Wilson fand heraus, dass gesättigter Wasserdampf in staubfreier und ionisationsfreier Luft nur dann Nebel erzeugt, wenn die plötzliche Zunahme des Gasvolumens nicht weniger als das 1,38-fache beträgt. Bei einer Expansion um das 1,25-fache bildet sich Nebel nur in Gegenwart negativer Ionen, die Wassertröpfchen auf sich selbst kondensieren. Dies wird auch bei einer weiteren Erhöhung des Expansionsgrades bis zu einer Grenze von 1,31 beobachtet, bei deren Erreichen Wasser und positive Ionen zu kondensieren beginnen. Bei einem Ausdehnungsgrad von 1,31 bis 1,38 kondensiert Wasserdampf an Ionen beider Vorzeichen. Ab einer Ausdehnung um das 1,38-fache tritt, wie oben erwähnt, die Nebelbildung unabhängig von der Anwesenheit von Ionen auf. J. J. Thomson ionisierte mit Wasserdampf gesättigte Luft mit Röntgenstrahlen und erzeugte dann eine adiabatische (fast sehr schnelle) Expansion um den Faktor 1,25. Eine Nebelwolke, gebildet aus Tröpfchen, die um negative Ionen kondensiert sind, fällt unter der Wirkung der Schwerkraft, und unter Verwendung der von Stokes angegebenen Beziehungen war es möglich, die Größe und Masse der einzelnen Tröpfchen aus der Fallgeschwindigkeit zu bestimmen. J. J. Thomson berechnete die Gesamtmenge an kondensiertem Wasser basierend auf thermodynamischen Daten und dividierte sie durch die Masse eines einzelnen Tropfens. Auf diese Weise wurde die Anzahl aller Tröpfchen bestimmt, aus denen sich der Nebel zusammensetzte. Um den Wert der Gesamtladung zu erhalten, die von einer Kombination negativer Ionen getragen wird, die an der Nebelbildung beteiligt sind, wurde ein elektrisches Feld angelegt, unter dessen Wirkung sich Ionen mit demselben Vorzeichen auf einer Elektrode absetzten, die mit einem speziell kalibrierten Elektrometer verbunden war. Durch Teilen dieser Gesamtladung durch die Anzahl der Tröpfchen erhielt J. J. Thomson die Ladung jedes Ions. Und in diesem Fall war seine große Leistung eine ziemlich genaue Bestimmung der Größenordnung der Ladung eines Gasions. Er bekam nämlich:
e= etwa 4 10 -10 abs. el.stat. Einheiten.
J. J. Thomson verglich diese Elektrizitätsmenge mit der Ladung eines elektrolytischen Ions, beispielsweise Wasserstoff. Wenn ein N ist die Anzahl der Moleküle pro Kubikmeter. Zentimeter Wasserstoff bei einem Druck von 760 mm Quecksilbersäule und bei einer Temperatur von 0 ° C und e ist die Ladung des Wasserstoffions, mit der wir uns bei der Elektrolyse von Lösungen befassen, dann können wir aufgrund direkter Experimente sagen:
Nein"= 1,22 10 10 abs. el.stat. Einheiten.
1,29 10 -10 <e"< 6,1 10 -10 ,
woraus folgt, dass die vom Gasion getragene Ladung gleich der Ladung ist, die das Wasserstoffion bei der Elektrolyse von Lösungen besitzt. Dieses Ergebnis der klassischen Experimente von J. J. Thomson ist durch die Gesamtheit der modernen Daten völlig gerechtfertigt, die zweifellos bezeugen, dass wir in den verschiedensten Fällen immer auf dieselbe elektrische Elementarladung treffen. Spätere und fortschrittlichere Beobachtungsmethoden ermöglichten es, die Größe der Ladung sehr genau (mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen) zu bestimmen e. In diesem Zusammenhang sind die Experimente von Millikan von besonderer Bedeutung, der das Verhalten einzelner winziger Öl- und Quecksilbertröpfchen beobachtete, die mit einer sehr geringen Anzahl von Ionen geladen wurden. Bei der Bestimmung der Ladungen der Tröpfchen stellte Millikan fest, dass sie sich ausnahmslos als Vielfache einer bestimmten Elektrizitätsmenge herausstellten. (e) und zeigte dadurch durch direkte Erfahrung die Atomarität der Elektrizität. Aktueller Wert e, erhalten von Millikan gilt als sehr zuverlässig und daher akzeptieren sie auf der Grundlage seiner Forschung:
e=4,774 10 -10 abs. el.stat. Einheiten = 1,592 10 -20 abs. el.-mag. Einheiten.
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