Транзистор?.. Это очень просто!
Шрифт:
Н. — Подожди, Любознайкин! Для меня это сразу слишком сложно.
Л. — Нет ничего проще. Оболочка К — это оболочка номер 1. Следовательно, у оболочки L, имеющей номер 2, радиус будет в 22 = 4 раза больше, а у оболочки М радиус будет в З2 = 9 раз больше и т. д.
Н. — Это значит, что радиус седьмой оболочки, которую ты называешь оболочкой Q, будет в 72, или в 49, раз больше радиуса оболочки К?
Л. — Разумеется. А кроме того, энергия, которой обладает каждый электрон, возрастает
Н. — Расстояние до ядра увеличивается от оболочки к оболочке, но какова их реальная величина?
Л. — Самая близкая к ядру оболочка К находится от него на расстоянии 5·10– 9 см, но я боюсь, что это тебе ничего не говорит. Представь себе фею, которая ударом волшебной палочки может увеличивать вещи в 10 раз. Если наша фея 14 раз ударит своей волшебной палочкой по атому углерода[3]…
Н. — …атом увеличится в 1014 раз и, возможно, достигнет размеров целого земного шара, так что его и пристроить будет некуда. Вот будет фее хлопот!
Л. — Совсем нет. Протоны станут величиной с простое яблоко, а электроны (хотя масса каждого из них в 1837 раз меньше массы протона) — с футбольный мяч. И если ядро такого атома положить на паперть собора Парижской богоматери, то два электрона оболочки К будут вращаться на расстоянии 5 км, т. е. еще не выйдут за пределы Парижа. Что же касается четырех электронов внешней оболочки, то они будут вращаться в пригородной зоне на расстоянии 20 км от ядра, например будут проходить через Версаль.
У Незнайкина кружится голова
Н. — Но что же находится между нашими яблоками и футбольными мячами?
Л. — Ничего! Пустота. Но, разумеется, существуют электрические, магнитные, гравитационные и другие силы взаимного притяжения, поддерживающие всю эту систему в состоянии равновесия. Заряды с противоположными знаками взаимно притягиваются, поэтому электроны не уходят от своего ядра, несмотря на центробежные силы, стремящиеся их оторвать от ядра.
Н. — Ты меня пугаешь. Если это так, то атом состоит скорее из пустоты, чем из материи.
Л. — Совершенно верно, мой друг! И если бы удалось спрессовать все ядра и все электроны, составляющие, к примеру, твое тело, так, чтобы между ними не осталось пустоты, то получилось бы зернышко, едва различимое под микроскопом, но весящее, как и ты, 70 кг.
Н. — У меня мурашки бегают по коже каждый раз, когда ты напоминаешь мне, что я также состою из атомов. Но теперь, когда ты открыл мне, что во мне царит пустота, я испытываю жуткое головокружение.
Л. — Поэтому мы поступим благоразумно, если в дальнейшем будем говорить о других атомах, а не об атомах твоего тела. Чтобы более наглядно представить себе строение атома, условимся обозначать каждую оболочку в виде окружности.
Как
Рис. 3. Вот два самых простых атома: атом водорода (слева) и атом гелия (справа).
Н. — А какой элемент имеет три электрона на оболочке К?
Ограниченное количество мест
Л. — Никакой, так как эта оболочка не может иметь больше двух электронов; Точно так же оболочка L не может иметь больше 8 электронов. На оболочке М может находиться не более 18 электронов, на оболочке N — не более 32, на оболочке О — не более 50, на оболочке Р — не более 72 и на оболочке Q — не более 98 электронов.
Н. — Очень любопытна эта последовательность чисел, которые ты называешь с такой легкостью.
Л. — Тут нет моей заслуги, так как эти числа определяются по очень простому закону:
Для оболочки К: 12 х 2 = 2.
Для оболочки L: 22 х 2 = 8.
Для оболочки М: З2 х 2 = 18.
Для оболочки N: 42 х 2 = 32.
Для оболочки О: 52 х 2 = 50.
Для оболочки Р: 62 х 2 = 72.
Для оболочки Q: 72 х 2 = 98.
Н. — В общей сложности 280. Значит, имеются атомы, содержащие такое количество электронов.
Л. — Нет, потому что если оболочки K, L, М и N, действительно, могут иметь указанное мною количество электронов, то на оболочке О на практике их не бывает больше 18, на оболочке Р — больше 32 и на оболочке Q — больше 10 (рис. 4).
Рис. 4. Схематическое изображение атома радия, показывающее распределение электронов по различным оболочкам. В действительности орбиты располагаются в различных плоскостях.
Н. — Это очень интересно, но мне кажется, что мы рискуем заблудиться в лабиринтах атомной и ядерной физики.
Л. — Напротив, мы сейчас примем решение, которое в значительной мере облегчит нам изучение всех этих вопросов. Если ты согласен, мы будем учитывать только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома.