ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дальнейшее развитие теории строения атома из "Неорганическая химия" Дальнейшее развитие теории Бора принадлежит немецкому физику А. ЗoмJмepфeльдy (1916). Принимая в основном постулаты Бора, он высказал предположение, что электроны, по аналогии с путями движения планет вокруг Солнца, должны враш,аться около ядра по эллиптическим орбитам вращение по окружности лишь частный случай такого движения. Одному и тому же уровню энергии, отвечающему главному квантовому числу п, может соответствовать столько возможных круговых и эллиптических орбит, сколько единиц в главном квантовом числе. [c.49] Круговая орбита определяется величиной ее радиуса и характеризуется главным квантовым числом п положение эллипса — величиной, его большой и малой полуосей. Величина большой полуоси определяется главным квантовым числом п, а малой — побочным, или орбитальным квантовым числом /, которое, по Зоммер-фельду, подчин о главному и также численно меняется (квантуется). Оно может принимать значения всех целых чисел начиная от нуля и кончая числом на единицу меньшего главного квантового числа. Например, при главном квантовом числе 4 орбитальное квантовое число может иметь значения О, 1, 2, 3. Орбитальное квантовое число определяет количество возможных видов орбит на соответствующем энергетическом уровне, т. е. число подуровней каждого квантового слоя. [c.49] Электроны в атоме, находясь на одном энергетическом (квантовом) уровне, но движущиеся по орбитам различной геометрической формы (различной степени вытянутости), различаются по энергии связи перемещающиеся по эллипсу легче поддаются возбуждению, чем перемещающиеся по круговым орбитам скорость движения самого электрона по эллипсу на разном удалении от ядра так же меняется, как меняется и момент количеств движения т иг, где —масса электрона г — радиус орбиты и — скорость электрона. [c.49] Для обозначения подуровней введены символы , р, й, (вместо О, 1, 2, 3). Для первого квантового слоя при п= орбитальное квантовое число будет О, а форма орбиты — окружность для второго квантового слоя орбитальные числа I будут О и I, т. е. возможны две формы орбит эллипс с соотношением полуосей 2 1 и окружность с соотношением полуосей 2 2. Следовательно, электрон на втором квантовом слое может иметь два энергетических подуровня. [c.49] Первому энергетическому уровню соответствует один подуровень — 5, второму — подуровни 5, р, ТрвТЬСМу — 5, р, й, четвертому — 5, р, й, /. Отсюда электроны каждого подуровня получили соответствующие названия 5-электроны, р-электроны, -электроны и т. д. [c.50] В магнитном поле орбиты электронов способны поворачиваться (наклоняться) в пространстве вокруг некоторой оси, совпадающей с направлением магнитного поля. Угол этого поворота, в соответствии с теорией квантов, не произволен, а также квантуется и может принимать лишь определенные для данного контура оболочки целочисленные значения, но со знаками плюс или минус в зависимости от направления поворота орбиты вокруг оси. [c.50] как дальше будет показано, могут связываться друг с другом в молекулы только в том случае, если у них имеются электроны с антипараллельными спинами. [c.51] Дальнейшее завершение модель атома Бора получила после того, как швейцарский физик В. Паули предложил (1925) принцип, названный по его имени принципом или запретом Паули в атоме не может быть двух одинаковых электронов, у которых все четыре квантовые числа были бы одинаковы — они должны отличаться хотя бы одним квантовьш числом. Так, электроны с одинаковыми квантовыми числами п, I, Ш1 должны различаться спинами. [c.51] Цифра перед буквой обозначает номер оболочки, буква — подуровень, показатель степени — число электронов в данном подуровне. [c.51] Для большей наглядности можно каждое состояние представить в виде квадрата, в котором спаренные электроны, вращающиеся в противоположных направлениях (с противоположными спинами), обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз (см. рис. 15). [c.52] Заполнение электронных слоев по подуровням у атомов элементов первых трех рядов периодической системы до аргона включительно происходит последовательно начиная с первого подуровня (1х). Дальше последовательность меняется. Электроны в атомах располагаются по принципу Паули, но так, чтобы их энергия на соответствующем энергетическом уровне была наименьшей. Например, в атомах калия и кальция вместо заполнения подуровня М, который еще остается свободным, сначала заполняется подуровень 45, где энергия электрона наименьшая. [c.52] Электронная структура калия будет такова 25, 2/ 35, Зр , 4s кальция 25, 2р, 35, Зр , 45. [c.52] Только со скандия начинается заполнение Зс -энергетического подуровня 15, 25, 2р , 35, Зр , 3 , 45. [c.52] Аналогичные явления наблюдаются и в следующих периодах (подробнее см. гл. VI). [c.52] Возможное наибольшее число электронов на энергетических уровнях показано в табл. 6. В таблице приведены возможнью значения /, /л,, при различных значениях п. [c.52] Теория Бора сыграла большую роль в химии и физике. Она позволила выяснить структуру атомов отдельных элементов, установить связь между ними, раскрыть законы спектроскопии, механизм лучеиспускания и т. д. Но в атомах наблюдается ряд явлений, которые этой теорией полностью не объяснялись. Движение электрона в атоме весьма сложно и своеобразно. Электрон не простой шарик, а сложное образование, ведущее себя одновременно и как частица и как волна. Потребовалось в корне изменить представление о микрочастицах материи и их движении. [c.52] Волновые свойства электрона приводят к выводу, что электрон может находиться в любой точке атомного объема, но вероятность его пребывания в той или иной части объема атома неодинакова. [c.52] Для дальнейшего развития теории Бора имела особое значение квантовая, или волновая, механика, согласно которой законы движения электронов в атомах имеют много общего с законами распространения волн. Эта теория решает ряд вопросов, которые теорией Бора не были разрешены. [c.52] В соответствии с представлениями квантовой механики движение электрона вокруг ядра атома по таким орбитам можно рассматривать лишь как первое приближение. В нормальном состоянии движение электрона является не круговым, а радиальным (в направлении к ядру и от него). Но среднее расстояние электрона от ядра, согласно квантовой механики, такое же, как радиус орбиты Бора. [c.54] Несмотря на все успехи квантовой механики, задача о пред-вычислении свойств многоэлектронных атомов в общем виде еще окончательно не решена и требует дальнейших изысканий. [c.54] Вернуться к основной статье