Атомное ядро энергетические уровни

Ядро атома гелия с массой 4 имеет два положительных заряда. Вокруг ядра вращаются два электрона (рис 16). Эти два электрона образуют первый от атомного ядра энергетический уровень, называемый уровнем К. [c.74]

Переход электрона в возбужденное состояние на более высокий энергетический уровень происходит чрезвычайно быстро ( 10 с), тогда как более тяжелые атомные ядра не могут в течение этого времени сколько-нибудь заметно переместиться. [c.17]

Объяснение электропроводности металлов, полупроводников и диэлектриков дается на основе квантовой теории строения кристаллических тел — так называемой зонной теории. Рассмотрим некоторые общие положения этой теории. Переход атомных паров в кристаллическое вещество можно рассматривать как химическую реакцию, так как оптические, термодинамические, электрофизические и другие свойства твердых тел отличаются от свойств газов. Важно отметить, что атомные спектры газов имеют линейчатое строение, а спектры твердых тел имеют сплошной характер или полосатую, очень сложную структуру. Уже при взаимодействии двух одинаковых атомов дискретные атомные энергетические уровни расщепляются и превращаются в полосы. Тем большее расщепление уровней происходит, когда большое число N атомов, например лития, сближается с далеких расстояний до расстояний, на которых они находятся в кристаллической решетке. На рис. 70, а это расстояние между ядрами обозначено на оси абсцисс буквой о- По оси ординат отложена энергия. Находясь на больших расстояниях, атомы не взаимодействуют друг с другом, и диаграмма уровней будет такая же, как и для изолированного атома лития (1 25 ). При сближении атомов начнется взаимодействие между ними, прежде всего у каждого из них станет расщепляться уровень валентных электронов (2х). Уровень 2з) расщепляется в систему весьма близко расположенных N уровней, образуя целую полосу (зону) уровней. Более глубокие уровни при образовании кристалла оказываются совсем не расщепленными или только незначительно расщепленными. [c.233]

Радиус атомной -орбитали возрастает при увеличении номера энергетического уровня 1 -А0 — расположена внутри 2 -А0, последняя— внутри 35-АО и т. д. с центром, отвечающим атомному ядру (рнс. 12). В целом строение электронной оболочки атома в орбитальной модели представляется слоистым. Каждый энергетический уровень, содержащий электроны, геометрически рассматривается как электронный слой, хотя это понятие обычно более применимо в рамках модели Бора. [c.89]

В ультрафиолетовой и видимой области спектра поглощение излучения связано с возбуждением электронов (электронные переходы). При обычной температуре электроны в органической молекуле находятся преимущественно в низших энергетических состояниях. Эти состояния называют основными. Для перехода на энергетически более высокий, незанятый уровень электрону необходим некоторый вполне определенный запас энергии, которую он забирает у поглощаемого электромагнитного излучения. При каждом определенном переходе электрона поглощается энергия строго определенной частоты, соответствующей этой энергии (первое возбужденное состояние). Если энергия излучения еще больше, электронный переход может произойти на гораздо более высокий энергетический уровень (на более дальнюю электронную оболочку). Этот процесс электронных переходов может происходить до тех пор, пока электрон не приобретет в итоге потенциала ионизации и вообще не покинет области притяжения к ядру атома. В спектре каждому уровню возбуждения электрона соответствует определенная линия поглощения, которая наблюдается также и в атомных спектрах. В молекулярных спектрах отдельные линии, соответствующие одновременным изменениям в колебательном и вращательном движении в молекуле, объединяются в полосы поглощения. [c.95]

С атомными ядрами наиболее слабо связаны валентные электроны, застраивающие внешние энергетические уровни частиц. Эти электроны и играют главную роль в степени податливости в отношении деформации электронной оболочки частиц при поляризационном на них воздействии. Атомные остовы также деформируются в электрическом поле, но в гораздо меньшей степени. Большое влияние на поляризуемость частицы оказывает степень удаленности внешних электронных слоев от ядра и экранирующее действие промежуточных электронных слоев в частице. Например, в атоме гелия электронами застроен лишь уровень К (т. е. в нем имеется только один электронный слой), а в атоме ксенона таких слоев пять, и деформируемость атома ксенона в 20 раз превышает деформируемость атома гелия. Это непосредственно отражается и на химической подвижности элемента. Так, в настоящее время уже получен целый ряд химических соединений ксенона (гл. 27, 2), а вывести гелий из его химической инертности не удается и до сих пор. Далее малое число электронов во внешнем слое благоприятствует поляризационной деформации электронной оболочки. Наоборот, накопление электронов во внешнем слое препятствует деформации. Такая частица уже сама способна оказывать возрастающее поляризующее действие на другие частицы. [c.126]

Заполнение подгрупп по мере увеличения атомного номера элемента идет таким образом, что каждый вновь добавляемый электрон стремится занять самый низкий (из еше не заполненных) энергетический уровень, так как это соответствует наиболее прочной его связи с ядром. Распределение электронов по подгруппам в каждом атоме видно из данных приводимой таблицы (стр. 165). [c.164]

Наряду с атомным ядром, центральной и главной частицей атома, учеными также тщательно изучалась внешняя часть его — электронная оболочка. Как оказалось, электроны вращаются с большой скоростью вокруг ядра на различных расстояниях от него, образуя электронные слои. Эти слои называют энергетическими или квантовыми уровнями, так как запас (уровень) энергии электронов на каждом из них неодинаков (обозначается буквами К, L, М, N. ..). Наименьшим запасом обладают электроны первого, ближнего к ядру слоя (К)- [c.16]

Заполнение подгрупп электронами по мере увеличения атомного номера элемента идет таким образом, что каждый вновь добавляемый электрон стремится занять самый низкий (из еще не заполненных) энергетический уровень, так как это соответствует наиболее прочной его связи с ядром. Относительные энергетические уровни различных подгрупп обычно характеризуются следующей общей схемой Is < 2s < 2р < 3s < 3/7 < 4s < 3d < 4/> < 5s < 4d < 5p < 6s < 4/ < 5d < p. Однако в действительности некоторые уровни [например, nd к (п + )р] нередко меняются местами. Распределение электронов по подгруппам в атоме каждого элемента видно из данных приводимой ниже таблицы (стр. 229). [c.228]

МИ, такая орбиталь энергетически более выгодна, чем атомные орбитали. Наоборот, на разрыхляющей орбитали электронная плотность концентрируется за ядрами, поэтому подобная орбиталь энергетически менее выгодна, чем исходные атомные орбитали. Уровень энергии связывающей орбитали на схеме располагают ниже, а разрыхляющей орбитали выше уровня исходных атомных орбиталей. [c.46]

Найдено, что в пределах одного энергетического уровня (при данном значении п) энергия подуровней в зависимости от I увеличивается в ряду 5 < р < с С /. Для высоких энергетических уровней различия в энергии подуровней достаточно велики, так что один уровень может проникать в другой, например, б5 < 5 4/ < 6р. Поскольку энергия атомных орбиталей зависит от порядкового номера элемента и для различных орбиталей вклад взаимодействия ядро — электрон различен, кажется, что единой последовательности энергетических подуровней быть не может [17—19]. Однако это не так вот подходящий ко всем элементам порядок увеличения энергии подуровней (принцип минимума энергии) [c.34]

Вращение электрона вокруг собственной оси в отличие от вращения вокруг атомного ядра обозначают как (нем.) или spin (англ.). Оно определяется квантовым числом, уже упомянутым на стр. 145 и называемым спиновым квантовым числом s. Вращение электрона вокруг собственной оси вносит свою долю в магнитный момент атома, так как вращение электрически заряженного шарика вокруг собственной оси оказывает такое же действие, как электрический круговой ток. Правда, влияние спинового квантового числа s на магнитный момент атома, так же как влияние магнитного квантового числа т, обусловленного орбитальным моментом, проявляется только тогда, когда на атом действует внешнее магнитное поле. Однако, с другой стороны, вращение электрона вокруг собственной оси оказывает также влияние на вращательный импульс атома. Вследствие этого общий вращательный импульс атома и таким образом его энергетическое состояние зависят не только от орбитального квантового числа I, но также и от спинового квантового числа s. Из обоих чисел образуется так называемое внутреннее квантовое число j. Последнее всегда имеет положительное значение, а именно для I = О оно имеет только одно значение (] = 1/2), а для каждого / > О два значения, например j = 1з ж ) = 1/2 ддя I = 1. С позиций волновой механики также можно обосновать спиновое квантовое число s и его комбинацию с I, дающую квантовое число /, хотя объяснение спинового квантового числа S здесь несколько иное. Так как у щелочных металлов все -уровни, за исключением тех, для которых I = 0, делятся на два энергетических уровня, все линии в спектрах щелочных металлов, которые образуются за счет перехода на основной уровень 1 = 0, должны давать дублеты. Это и наблюдается в действительности. Расстояние между линиями дублета сильно возрастает с увеличением атомного веса. У желтой натриевой линии оно так мало (разница в длине волн 5,97 A), что для разделения этих составляющих требуется хороший спектроскоп. У цезия расстояние, однако, так велико, что обе синие линии цезия различаются даже при довольно слабой дисперсии (разница в длине волн составляет здесь 37,94 A для лежащего в инфракрасной области дублета первого члена главной серии цезия она составляет даже 422,4А). При переходах на более высокие уровни, чем основной, в эмиссионном спектре могут появиться более чем две линии, так как в этом случае не только исходный, но и конечный уровень разделяется на два уровня. В таких случаях говорят о сложных дублетах . [c.197]

Хотя 45-орбиталь проникает ближе к ядру, чем З -орбиталь, и, следовательно, имеет более низкий энергетический уровень, большая часть плотности вероятности для 4х-орбитали оказывается дальще от ядра, чем для З -лрбитали. Электрон на 45-орбитали оказывается в среднем дальще от ядра, чем З -электрон, но тем не менее 45-электрон более устойчив, потому что он имеет небольшую, но не пренебрежимо малую вероятность проникать к ядру на более близкое расстояние. Для образования химической связи различие в энергии электронов на столь близко расположенных атомных уровнях не имеет такого большого значения, как различие в расстоянии электронов от их ядер. Поэтому 45-электроны оказывают тем большее влияние на химические свойства атомов, чем сильнее погружены вовнутрь общего атомного электронного облака З -электроны. За исключением Сг и Си, все элементы от Са до 2п имеют одинаковую ва- [c.397]

Попытаемся теперь установить взаимосвязь между величиной атомного радиуса и зарядом ядра, а также электронным строением атома, обратив основное внимание на самый верхний энергетический уровень, заселенный электронами. Атомный радиус возрастает при увеличении главного квантового числа п этого высшего занятого энергетического уровня. Однако средний радиус электронного распределения для каждого энергетического уровня в различных атомах неодинаков, так как он зависит от эффективного заряда ядра. Под эффективным зарядом ядра понимается кажущийся заряд, который воздействует на рассматриваемый электрон. Величина 2эфф меньше, чем истинный заряд ядра Z, потому что каждый внешний электрон частично экранируется от действия ядра внутренними электронами. Для самых внешних электронов степень экранирования истинного заряда ядра другими электронами этого же атома или иона можно охарактеризовать с помощью постоянной экранирования 5, которая определяется как разность между истинным и эффективным зарядами ядра. Таким образом, эффективный заряд ядра можно выразить как разность истинного заряда ядра и постоянной экранирования 2эфф = Z — 5. Электроны каждого энергетического уровня слабо экранируются другими электронами, находящимися на том же уровне, но существенно экранируются электронами, находящимися на более глубоких уровнях. [c.97]

Атом — наименьшая электронейтральная частица химического элемента, являющаяся носителем епз свойств. Каждому химическому элементу соответствует определенный вид атомов. А. состоит из ядра и электронной оболочки. Масса А. сосредоточена в ядре, которое характеризуется положительным зарядом, численно равным порядковому номеру (атомному номеру). См. Ядро апюшюв. А. в целом электронейтра-лен, поскольку положительный заряд ядра компенсируетт я таким же числом электронов. См. Электрон. Электроны могут занимать в атоме положения, которым отвечают определенные (квантовые) энергетические состояния, называемые энергетическими уровнями. Число энергетических уровней определяется номером периода, в котором находится данный элемент. Число электронов, которые могут заселять данный энергетический уровень, определяется ло формуле N = 2п , щеп — номер уровня, считая от ядра. т.е. главное квантовое число. Согласно квантовой теории невозможно одновременно и абсолютно точно определить энергию и местоположение электрона. Можно лишь говорить о нахождении электрона в определенном объеме пространства, что собственно и представляет собой атомную орбиталь (АО). Электрон заполняет пространство вокруг атомного ядра в форме стоячей волны, которую можно представить как электронное облако. Плотность электронного облака, понимаемого как облако электрического заряда электрона, — электронная плотность, различна и зависит от того, насколько электрон удален от ядра. [c.38]

Известно, что -орбиты имеют более низкий энергетический уровень, чем р-орбиты. Поэтому неподеленные электроны р -орбит пиридинового атома азота сильнее связаны с атомным ядром, чем неподеленные электроны р -орбит, какими являются орбиты атома азота в триметиламине (в них доля в-орбиты меньше). Следовательно, неподеленные электроны пиридина менее свободны для связывания протона, чем неподеленные электроны триметиламина, и поэтому пиридин является более слабым основанием, чем этот амин. Неподеленные электроны, занимаюш,ио линейную ер-орбиту (с еще большей долей -орбиты), как, например, неподелеп-ные электроны нитрилов —С=К еще теснее связаны с атомом азота. Поэтому нитрилы еще более слабые основания, чем пиридин. [c.589]

Атомные ядра, подобно атомам и молекулам, являются типичными примерами квантовых микросистем, и потому были все основания ожидать, что и для гамма-лучей, испускаемых или поглощаемых при переходах между энергетическими уровнями ядер, будет наблюдаться резонансная флуоресценция. Однако, несмотря на то, что поиски резонансной гамма-флуоресценции начались еще в 1929 г. [40], более двадцати лет они были безуспешными. В дальнейшем же, вплоть до открытия эффекта Мёссбауэра в 1958 г. [17—19], это явление удалось наблюдать лишь в весьма специфических условиях (о которых будет сказано ниже), и потому его наблюдения не получили особенно широкого распространения. В чем же состоит основное различие в условиях наблюдения атомной (оптической) и ядерной (гамма) резонансной флуоресценции. Для ответа на этот вопрос надо прежде всего вспомнить, что всякий возбужденный уровень характеризуется не только величиной резонансной энергии возбуждения Ер, но и своей естественной шириной Г. Эта ширина, связанная со средней продолжительностью жизни возбужденного состояния т соотношением неопределенности Гг = % = = 1,05-10 эрг-сек, определяет необходимую точность настройки для попадания в резонанс. Если возбужденное состояние может распадаться несколькими различными способами (первым, вторым, [c.8]

Пусть возбуждение электронных уровней произойдет в момент, когда ядра занимают положение, отвечающее точке А на кривой I. Согласно принципу Фран-ка-Кондона сейчас же после возбуждения молекула примет состояние, отвечающее точке Ах на кривой II, лежащей выше точки С. Колеблясь, атомные ядра будут описывать отрезок кривой II, пересекающий в точке С кривую III. Энергетические соображения не препятствуют тому, чтобы при этом совершился переход на кривую III, после чего наступает немедленная диссрциация. Квантомеханический расчет показывает, что такой переход всегда имеет конечную вероятность тем большую, чем уровень точки А ближе к уровню точки пересечения С. Таким образом наличие кривой отталкивания III позволяет ожидать диссоциацию при электронном возбуждении и в том случае, когда колебательный уровень возбужденной молекулы не достиг величины энергии диссоциации. Это явление было открыто Анри (1929) и было названо им предиссоциацией. Правильное его истолкование было дано Бонгеффером и Фаркасом (1927) и Кронигом (1926). [c.484]

Если протон превращается в нейтрон, то испускается р -частица (также и нейтрино). Испускание Р -, р -частиц и электронный захват часто сопровождаются 7-излучением или испусканием электронов внутренней конверсии. Это обусловлено тем, что в результате радиоактивного превращения атомное ядро обычно переходит в возбужденное состояние выделение энергии возбуждения происходит путем испускания кванта энергии (г = Ау, где к — постоянная Планка, V — частота) или путем выбрасывания электронов из атомной оболочки (конверсивные электроны). Одновременно испускаются рентгеновы лучи вследствие перехода электронов на освободившийся энергетический уровень. [c.9]

Хартри-фоковские расчеты атомов и анализ атомных спектров показывают, что орбитальные энергии е, зависят не только от главного квантового числа п и заряда ядра Z, но и от орбитального квантового числа I. Если бы экранирование ядра внутренними электронами было полным, то энергетические уровни внешних электро-(юв были бы идентичны уровням атома водорода. Отклонение от уровней атома водорода является непосредственной мерой влияния неполного экранирования (так иазьшаемый эффект проникновения). Все уровни атома лития расположены ниже соответствующих уровней атома водорода, причем сдвиг их тем меньше, чем больше угловые моменты соответствующих орбиталей, т. е. 5-уровень сдви-[ ается сильнее э-уровня, /7-уровень — сильнее -уровня и т. д. Энергии орбиталей уменьшаются с возрастанием Z. Понижение энергии орбитали уменьшается с ростом главного квантового числа п. Рас-[цепление уровней с данным п возникает из-за межэлектронного отгалкивания. В пределе при Z—юо орбитали внутренних электронов с данными п снова становятся вырожденными по /, так как межэлектронное взаимодействие становится незначительным по сравнению с электронно-ядерным взаимодействием. [c.71]

Число компонент сверхтонкой структуры. Сверхтонкая структура в атомных спектрах является результатом расщепления энергетических уровней атома вследствие магнитного взаимодействия между ядром и электронной оболочкой. Атомное ядро, как известно, имеет собственный момент количества движения, с которым всегда связан магнитный момент, поскольку ядро является электрически. заряженной системой, составные части которой обладают своим спином и магнитным моментом. Теория показывает, что если данный энергетический уровень характеризуется квантовым числом /, соответствующим полному моменту количества движения электронной оболочки, а атомное ядро характеризуется квантовым числом I ядерпого момента количества движения спин ядра), то число расщепленных подуровней определяется следующим образом [c.125]

Результирующий градиент электрического поля на ядре создается в общем случае как атомными электронами, так и окружающими атом ионами. В отсутствие внешних электрических или магнитных полей атомные электроны не создают отличного от нуля градиента электрического поля на ядре. Действительно, заполненные или полузаполненные электронные оболочки обладают сферически симметричным распределением заряда. Если сверх этих оболочек в свободном атоме имеется, например, р-электрон, то в среднем он также не создает градиента электрического поля, ибо размазан по трем р-орбиталям, имеющим сферически симметричное зарядовое распределение (трехкратно вырожденный энергетический уровень). Однако, если атом находится во внешнем неоднородном электрическом поле, вырождение электронного уровня снимается и меняется заселенность различных подуровней. Это приводит к пространственной асимметрии электронного заряда и, следовательно, к появлению градиента электрического поля. Подобная асимметрия электронного заряда вызывает поляризацию внутренних сферически симметричных электронных оболочек, которые в свою очередь создают индуцированный градиент электрического поля на ядре противоположного знака (эффект экранирования по Штернхаймеру [106]). На основании сказанного выше результирующий градиент электрического поля (0) от одного стабилизированного на р -орби-тали р-электрона запишется в виде [c.59]

Единственное квантовое число п, принятое для атома водорода в теории Бора, было недостаточно, так как не могла быть объяснена наблюдаемая тонкая структура и интенсивность линий в спектре водорода, а также их расщепление в магнитном поле и др. Не могли быть объяснены также закономерности спектров в атомах, содержащих более одного электрона. В настоящее время, на основании опытных данных атомной спектро--скопии, а также квантовой механики состояние электрона в атоме принято характеризовать следующими четырьмя квантовыми числами. Главное квантовое число п, характеризующее общий энергетический уровень (оболочку) целой группы состояний электрона, определяет порядковый номер уровня, считая от ядра. Для ближайшего к ядру уровня, гак называемой ЛГ-оболочки, п=1, для второго уровня -оболочки, п=2, для УИ-оболочки /г=3 и т. д. Каждая оболочка, представляющая собой группу состояний электрона и отвечающая определенному /г, делится на яодоболочки (подгруппы), которые обозначаются буквами 5, р, й, /. )нергия каждой подоболочки характеризуется побочным квантовым числом I. Согласно квантовой механике, оно может иметь значения любых целых чисел от О до ( —1). Так, например, в М-оболочке (п=3) имеются три подгруппы з, р, й, которые характеризуются соответственно побочными квантовыми числами /=0, /=1, /=2. Следовательно, общее число подоболочек в каждой оболочке равно главному квантовому числу. Третье квантовое число т, называемое магнитны м, имеет значение ряда целых чисел от —/, то - -1, включая /=0. Общее число воз-лгожных значений т равно Например, при побочном квантовом [c.13]

При соединении п ионо1 в кристаллическую решётку с их уровнями происходят три рода измененп . Прежде всего, при сближении одинаковых ионов их верхние уровни, соответствующие значительным расстояниям электронного облака от атомного ядра, сливаются между собой, образуя для всего кристалла в целом один общий уровень. Далее, положение этого общего уровня нескольк о смещается по отношению к положению исходного уровня отдельных ионов. На1 онец, вследствие взаимодействия ионов общий уровень размывоотся, распадаясь на огромное число подуровней, расположенных очень близко друг к- другу и образующих целую энергетическую полосу-зону возможных энергетических состояний. [c.329]

Некоторые обобш,ения. Обратим внимание на то, что если-чииы энергии ионизации (работа отрыва электрона от атомной структуры) хорошо иллюстрирует дискретность поля ядра. В качестве примера рассмотрим данные для атома тантала (Та, 2=73). Они представлены на рисунке 3-8 (масштаб не соблюден). Здесь видно, что величина работы отрыва очередного электрона довольно круто повышается по ходу оголения ядра. При этом на кривой отчетливо вырисовываются серии значений энергии ионизации, отвечаюшие квантовым энергетическим уровням К, Л 1, N, О Р (квантовый уровень Q в оболочке атома тантала не застраивается). Переход от одного энергетического уровня к другому, более высокому, на общей кривой проявляется изломами, что говорит о скачкообразном характере процесса постепенной ионизации как результат дискретности поля ядра. [c.47]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология