Гелий эффективный заряд ядра

Переход от неона к натрию сопровождается таким же резким уменьшением эффективного заряда ядра и энергии ионизации, как и переход от гелия к литию. Одиннадцатый электрон натрия располагается на более высокой энергетической 35-орбитали. Низкий потенциал ионизации внешнего электрона и образование катиона К а+ с электронной конфигурацией инертного газа определяет хи- [c.241]

Этот интеграл в точности совпадает с вычисленным выше при вариационном рассмотрении атома гелия различие заключается лишь в том, что в данном случае необходимо использовать истинное значение заряда ядра (вместо эффективного заряда ядра). Таким образом, полагая 2 = 2, получаем [c.116]

У гелия заняты уровни с главным квантовым числом л = 1 для лития поэтому п должно равняться 2. Побочное квантовое число находят для лития на основании теории Бора — Зоммерфельда из следующих соображений. Постоянный терм серии задается энергией основной орбиты. Если бы электрон в нормальном состоянии атома находился бы на 22-орбите, т. е. на круговой орбите, охватывающей на довольно значительном расстоянии ll-квантовые орбиты (ср. с рис. 27, стр. 141, в котором, как можно представить, заряд ядра 2 заменен зарядом 3 и вместо одного электрона на 11-орбитах вращаются два электрона), то следовало бы ожидать, что для постоянного терма эффективный заряд ядра мог бы обозначаться числом 1, так как из трех зарядов, которыми обладает ядро лития, два были бы постоянно экранированы. Такой терм можно коротко назвать водородоподобным . Однако оказывается, что для постоянного терма главной серии определяющий эффективный заряд ядра существенно больше [c.196]

Простейшую модель ЛКАО для можно улучшить, введя эффективный заряд ядра в качестве вариационного параметра, подобно тому, как это делалось выше при вариационном рассмотрении атома гелия. Смысл этого усовершенствования заключается в том, что заряд ядра должен быть равен 2 в пределе объединенного атома и равен 1 только в пределе изолированных атомов. При промежуточных расстояниях эффективный заряд ядра должен принимать значения между этими двумя крайними величинами. Включив в рассмотрение эффективный заряд ядра получим выражения для различных членов, входящих в расчет [c.208]

Значительно сложнее обстоит дело с нейтральными атомами. Так, в атоме гелия (2=2) два электрона, но для отрыва каждого из них потребуются разные энергии ионизации (и энергии связи) 24,58 эв для первого и 54,40 яе для второго. Для расчета энергии связи электронов в сложных атомах можно пользоваться формулой Бора, но вместо понятия о заряде ядра следует ввести понятие об эффективном заряде ядра 2, хотя последнее и выходит за рамки теории Бора. [c.56]

Поскольку мы интересуемся основным состоянием атома гелия, выберем в качестве пробных функций водородоподобные ls-орбитали. Для введения вариационного параметра заменим заряд ядра в этих функциях эффективным зарядом ядра 5, который и возьмет на себя роль вариационного параметра. Используя выражение (3.26) для функции Ро ф), табл. 3.1 для определения вида функции Гоо(6) и табл. 5.1 для определения функции Pio(r), пробную одночастичную функцию (в атомных единицах) можно записать как [c.106]

Чем объяснить уменьшение эффективного заряда ядра атома при переходе от гелия к литию от бериллия к бору от азота к кислороду [c.18]

Переход от инертного газа гелия, завершающего 1-й период, к первому члену 2-го периода требует уже принципиально другого подхода к рассмотрению атомов. Три и более электронов не могут располагаться на одной орбитали, так как это противоречит принципу Паули. Электроны начинают заселять 2-й уровень, энергетические ячейки в котором не идентичны по энергиям. Межэлектронное отталкивание расщепляет уровни энергии с одинаковым квантовым числом л=2, и это в данном периоде приводит к появлению двух состояний 2 и 2р. На эти энергетические подуровни заряд ядра действует по-разному. Электрон на 25-орбитали более явственно ощущает заряд ядра через экран, созданный двумя внутренними прочно связанны.ми 152-электронами. Расчеты, проведенные для лития, доказывают, что его энергия ионизации, равная 520 кДж/моль, соответствует эффективному заряду 2эфф=1,26. Это означает, что два внутренних электрона нейтрализуют заряд ядра меньше, чем сумма их зарядов их эффективность действия (3— —1,26=1,74) равна (1,74/2) 100—87%. Это означает, что электрон в 25-состоянии способен проникать к ядру сквозь заслон из двух 152-электронов. Подуровни 2р близко к ядру находиться не могут ведь эта волновая функция вблизи ядра обращается в нуль. Следовательно, на электрон в 2р-состоянии влияет только разница между зарядом ядра и суммой зарядов внутренних электронов. Принцип Паули и расщепление энергетических уровней позволяют понять закономерность изменения характера элементов при движении вдоль периодов. [c.200]

Простая аппроксимация основного состояния гелия возникает при использовании пробных функций вида гр = й-а(г1+г2) умноженных на спиновую функцию, где вещественное число А является вариационным параметром (эффективным зарядом ядра). Покажите, что для т]) выполняется теорема вириала. Возвратившись к 10, покажите, что при очевидном выборе автоматически имеет место равенство = Ё. (По поводу обобщения на многоэлектронные атомы и на молекулы см. [52, 53].) [c.162]

При рассмотрении атома гелия мы указывали, что вследствие экранирующего влияния орбит друг на друга истинные волновые функции гораздо менее сконцентрированы около ядер, чем можно было бы ожидать на основании водородоподобных волновых функций, выведенных при пренебрежении всеми отталкиваниями электронов. Заменив истинный заряд ядра I в экспоненциальном члене водородоподобных орбит на эффективный заряд ядра (2 — 5), можно получить менее сконцентрированную около ядра орбиту, и таким путем мы должны получить лучшее представление истинной волновой функции. Постоянная 5 называется постоянной экранирования, и ее значение должно меняться при переходе от одной орбиты к другой. Это, по существу, среднее число электронов, находящихся в области между данной орбитой и ядром. [c.252]

В табл. V, 1 приведены в качестве примера значения функции Н°т — Яо)/ Т однозарядных положительных ионов некоторых элементов при температурах до 50 000 К. При обычных температурах теплоемкость и внутренняя энергия одноатомных частиц не имеют колебательных и вращательных составляющих, а определяются всецело поступательным движением частиц. При высоких же температурах еще прибавляется и энергия возбуждения более высоких энергетических уровней электронов. До начала этих возбуждений теплоемкость (Ср) и функция (Яг — Яо)/Г сохраняют для частиц такого вида постоянное значение 4,9682 кал/(К-моль). Переход от атомов Не к N6, Аг, Кг, Хе и Кп сопровождается понижением первого уровня электронных возбуждений. У нейтральных атомов этот уровень понижается с 21,0 эв для атомов гелия до 6,2 эв для атомов радона Для ионов Ы+ не обнаруживается возбужденных состояний еще при 45 ООО К, для ионов N3+—при 20 000 К, для К и КЬ+ —при 10 000 К и для Сз+ при 9000 К. Аналогичные соотношения должны наблюдаться и для ионов Р , С1 , Вг, 1 и для ионов Ве , Mg +, Са +, Ва +. Для изоэлектронных частиц чем выше заряд ядра, тем выше первый уровень электронных возбуждений и, следовательно, выше температура, при которой эти возбуждения начинают влиять на термодинамические функции. Хотя эффективный заряд таких ионов в [c.173]

На рис. 2.1 приведена часть найденной экспериментально схемы энергетических уровней Не. Рассмотрим 2s- и 2р-уровни. Эти ячейки расположены при значениях энергии, соответствующих таким состояниям, когда один из электронов был удален с ls-орбитали и помещен на 2s- или 2р-орбиталь. Сразу же бросается в глаза, что энергии 2s- и 2/>-орбиталей очень близки к энергиям 2s- и 2р-орбиталей простого атома водорода. В таких возбужденных состояниях эффект межэлектронного отталкивания сводится к тому, что 2s- или 2р-электрон наивно воображает, будто он находится в атоме водорода Вместо энергии ионизации, которая должна была бы быть у электрона, движущегося вокруг ядра гелия с зарядом - -2, 2s-или 2р-электрон ощущает поле заряда, составленного из заряда ядра +2, окруженного прочно связанным с ядром отрицательным Is-электроном. При этом 25-электрон считает (не вдаваясь в детали), что заряд ядра составляет -f-2 —1 = - -1. Внутренний ls-электрон эффективно заслоняет (экранирует) половину заряда ядра. [c.49]

Акустико-эмиссионные исследования высокотемпературного коррозионного растрескивания. Ядра урана распадаются на осколки - дочерние ядра с широким спектром ядерных зарядов, массовых чисел, физических и химических свойств. Поэтому одной из проблем атомного реакторостроения является предупреждение высокотемпературного коррозионного растрескивания оболочек твэлов при совместном воздействии на их внутреннюю поверхность агрессивных продуктов деления ядер урана (йод, цезий, кадмий и др.) и давления как заполняющего твэлы гелия, так и газообразных продуктов деления, АЭ-метод дает возможность изучения динамики развития растрескивания оболочек, фав -нения эффективности различных защитных мер, оценки ресурса работы обо -лочек. [c.251]

НИИ энергетического барьера на периферии ядер, как это имеет место прн использовании частиц с электрическими зарядами (протоны, дейтроны или ядра гелия). Тогда как электрически заряженные частицы тем легче вызывают ядерное расщепление, чем больше их энергия, в случае нейтронов, наоборот, часто более эффективными оказываются нейтроны с меньшей энергией. Различают быстрые нейтроны в том виде, в каком они появляются в результате различных ядерных реакций, и медленные нейтроны, или тепловые нейтроны, которые теряют свою начальную кинетическую энергию при повторных упругих соударениях с ядрами атомов окружающей среды до тех пор, пока не достигают термического равновесия с последними (Ферми, 1934). Вода, тяжелая вода, чистый графит, парафин, в которых вероятность осуществления ядерных реакций мала, являются особенно эффективными материалами для уменьшения энергии нейтронов. Как и предсказывает теория строения атомных ядер,в случае определенных ядер вероятность захвата медленного нейтрона (вызывающего ядерную реакцию) больше, чем вероятность захвата быстрого нейтрона (см. примеры, стр. 773). [c.768]

Второй период образует атомы от до Ne. В направлении — Ке растет эффективный заряд ядра, в связи с чем уменьшаются размеры атомов (см. Гшах), возрастает потенциал ионизации и осуществляется, начиная с В, переход к неметаллам. Потенциал ионизации отражает не только рост в ряду —Ке, но и особенности электронных конфигураций потенциал ионизации у бора ниже, чем у бериллия. Это указывает на упрочнение заполненных нодоболочек ( у бериллия). Более высокий потенциал ионизации азота по сравнению с кислородом указывает на повышенную прочность конфигурации р , в которой каждая орбиталь занята одним / -электроном. Аналогичные соотношения наблюдаются и в следующем периоде у соседей Mg—А1 и Р—5. У атомов второго периода отрыв электрона с внутреннего Ь -слоя требует такого высокого ПИ (75,62 эВ уже у лития), что в химических и оптических процес--сах участвуют только внешни электроны. Сродство к электрону в ряду Ы—Р имеет тенденцию к возрастанию. Но у берилжя оболочка заполнена, и сродство к электрону эндотермично так же, как и у гелия (1л ). Обладая самым высоким потенциалом ионизации ю всех неметаллов и высоким сродством к электрону, фтор является наиболее электроотрицательным элементом в периодической системе. Для атома неона СЭ (Ке)=—0,22 эВ. Оболочка з р атома Ке, электронный октет, характеризуется суммарным нулевым спином и нулевым орбитальным моментом (терм 5о). Все это, вместе с высоким потенциалом ионизации и отрицательным сродством к электрону, обусловливает инертность неона. Такая же з р конфигурация внешнего слоя характерна для вСех элементов нулевой группы. Исследования последних лет показывают, что 1 п, Хе,Кг и Аг дают химические соединения со фтором и кислородом. Очевидно, что з р конфигурация не влечет как непременное следствие химической инертности. Все атомы со спаренными электронами (терм о) — диамагниты (Не, Ве, Ке и т. д.). Конфигурации внешнего электронного слоя у атомов 2-го и 3-го периодов, стоящих в одних и тех же группах, одинаковы, чем объясняется близость химических свойств элементов, стоящих в одних и тех же группах (сравните Ка иЬ1 в табл. 5). Но наблюдается и различие элементы второго периода обладают постоянной валентностью, а третьего — переменной. Это связано с тем, что у атомов третьего периода есть вакантные -состояния в третьем квантовом слое, а во втором слое таких соединений нет. [c.62]

Эффект экранирования. Для того чтобы объяснить отмеченные выше тенденции и закономерности, логично предположить, что влияние, которое положительный заряд атомного ядра оказывает на электроны внешней оболочки, частично экранируется более глубоко лежащими электронами. Взаимодействие между электронами и атомным ядром является кулоновским, и его энергия пропорциональна заряду ядра и обратно пропорциональна расстоянию между ядром и электронами [E Ze jr). Это расстояние определяется главным и азимутальным квантовыми числами. Так как между орбиталями Н и Не нет разницы, а заряд ядра Не в 2 раза больше, чем ядра Н, то следует ожидать, что у Не энергия взаимодействия между ядром и электронами (выражающаяся в потенциале ионизации 1 ) будет превосходить энергию атома водорода в 2 раза. Однако отношение экспериментальных величин для Не (24,58 эВ) и Н (13,60 эВ) отлично от 2. Когда Не превращается в Не+, то остается еще 1 электрон, и первый потенциал ионизации гелия 1 соответствует взаимодействию между системой [Не + + е ] п электроном е- Таким образом, действие электрона, сохраняющегося в ионе, проявляется в том, что он в некоторой степени ослабляет эффективную величину положительного заряда атомного ядра. Если эффективный заряд ядра выразить в виде 2эфф = (Z — s), то S соответствует доле, приходящейся на экранирование, вызванное остающимися электронами, и ее назы- [c.68]

Это представление можно углубить, если принять во внимание спектроскопические данные. Спектры (см. стр. 280 и сл.) показывают, что у атомов каждого элемента этой группы 2 электрона связаны особенно непрочно по сравнению с остальными, и именно на -уровне с теми же главными квантовыми числами, что и у соседних щелочных металлов. При отщеплении только одного электрона спектр оставшегося электрона находится в том же соотношении к спектру атома предшествующего щелочного металла совершенно так же, как спектр однократно ионизированного гелия к спектру атом 1 водорода. Однако в соответствии с более высоким главным квантовым числом связь в данном случае оказывается далеко не такой прочной, как у гелия. Таким рбразом, сильно электроположительный характер элементов главной подгруппы II группы объясняется строением их атомов аналогично тому, как это было сделано для щелочных металлов. Однако из строения атома следует, что электроположительный характер элементов главной подгруппы II группы должен быть в среднем несколько слабев, чем у щелочных металлов. Поэтому у последних на внешней оболочке связь оказывается еще более слабой, чем у элементов главной подгруппы II группы. Справедливость этого положения подтверждается сравнением потенциалов ионизации (табл. 46), полученных из спектроскопических данных, с данными табл. 28 (стр. 180). Связь электронов на внешней оболочке у металлов щелочноземельной группы прочнее, чем у щелочных металлов, так как атомы последних имеют более высокий эффективный заряд ядра (ср. стр. 256 и с л.) [c.268]

Чтобы объяснить основную суть излагаемой в этой главе теории, вернемся к рассмотрению синглетного основного состояния атома гелия. В предварительном обсуждении в разд. 1.2 мы использовали орбиталь 1 S, потому что полностью пренебрегали электронным взаимодействием поэтому эта орбиталь рассматривалась как водородоподобная (т. е.осе ) с ядерным зарядом Z = 2 вместо Z = 1. Интуитивно кажется более разумным, однако, рассматривать каждый электрон не в поле голого ядра, а в некотором эффективном поле с тем, чтобы как-то учесть наличие второго электрона в атоме Не, ибо влияние на первый электрон притяжения атомного ядра должно быть в какой-то степени ослаблено отталкиванием, обусловленным этим вторым электроном. Чтобы в первом приближении учесть электронное взаимодействие обоих электронов, можно просто изменить величину Z в показателе экспоненты, сохраняя при этом экспоненциальную форму орбитали, на некоторый параметр Z, который несколько меньше, чем7, и который характеризует так называемый эффективный заряд ядра. Как мы знаем из разд. 2.3, любая приближенная волновая функция позволяет найти некоторую верхнюю границу для точной энергии основного состояния. Поэтому наилучшим приближением к точной волновой функции будет такая функция, которой соответствует минимальное значение энергии Е и которую можно получить путем вариации входящего в нее некоторого параметра. Если провести такую минимизацию в рассматриваемом примере, то получим для оптимального значения эффективного ядерного заряда Z = Z—Таким образом, сохраняя модель независимых частиц , в которой каждый электрон описывается своей собственной орбиталью, можно в то же время до некоторой степени учесть электронное взаимодей- [c.145]

Значение I, соответствующее устойчивой молекуле Нг, равно 1,228. В (Б-1) для Z было принято значение, равное единице. При функции Фин-кельштейиа и Горовица электрон сильнее притягивается к ядрам, вследствие чего электронное облако в некоторой степени смещается в область между ядрами. При других межъядерных расстояниях оптимальные значения 2 будут иными. Если межъядерное расстояние равно нулю, мы имеем ион гелия в его основном состоянии, для которого волновая функция является 15-орбитой, соответствующей заряду ядра, равному 2. Очевидно, в этом случае 2 — 2. С другой стороны, если два ядра удалены одно от другого на бесконечное расстояние, волновая функция должна сводиться к функции обычного атома водорода с 1—1. Таким образом, масштабный множитель Z может рассматриваться, как эффективный заряд ядра, значение которого возрастает при уменьшении межъядериого расстояния вследствие электростатического притяжения электрона к ядрам. [c.338]

У гелия заняты уровни с главным квантовым числом ге = 1 для лития поэтому п должно равняться 2. Побочное квантовое число находят для лития на основании теории Бора — Зоммерфельда из следующих соображений. Постоянный терм серии задается энергией основной орбиты. Если бы электрон в нормальном состоянии атома находился на 2г-орбите, т. е. на 1фуговой орбите, охватывающей на довольно значительном расстоянии ll-квантовые оршты (ср. с рис. 27, стр. 127, в котором, как можно представить, заряд ядра 2 заменен зарядом 3 и вместо одного электрона на li-орбитах вращаются два электрона), то следовало бы ожидать, что для постоянного терма эффективный заряд ядра мог бы обозначаться числом 1, так как из трех зарядов, которыми обладает ядро лптия, два были бы постоянно экранированы. Такой терм можно коротко назвать водородоподобным . Однако оказывается, что для постоянного терма главной серии определяющий эффективный заряд ядра существенно больше 1. Таким образом, на основании сказанного при объяснении рис. 27 можно заключить, что речь идет об орбите, которая временами приближает электрон к ядру,— следовательно, о сильно эксцентрической орбите. В качестве такой орбиты у лития можно рассматривать только одну 21-орбиту как основную орбиту. [c.176]

Атом лития, следующий за гелием в периодической системе, содержит три электрона. По принципу минимума энергии два из них расположатся, как и в атоме гелия, на 18-орбитали. Третий электрон в соответствии с принципом Паули должен располагаться на АО с п = 2. Однако таких возможностей две - 2з- и 2/>-орбитали, и электрон будет иметь меньшую энергию на той из них, где он будет испытывать действие более высокого эффективного заряда. Рассмотрим с этой точки зрения кривые распределения электронной плотности в атоме лития в зависимости от расстояния от ядра (рис. 2.11). Из этих кривых хорошо видно, что замкнутый слой 1з расположен гораздо ближе к ядру, чем основная плотность 2з- или 2/>-электрона. Однако внутренний максимум 2з-электрона практически полностью проникает в 1й-электронную плотность в близкой к ядру области, и определенная часть его плотности чувствует на себе почти полный зяряд ядра 2 = +3. Единственный максимум 2/>-электрона далек от ядра, а в области сосредоточения 1й-элек-тронов находится лишь незначительная его часть. Следовательно, в атоме лития электрон на 2з-орбитали испытывает на себе действие несколько более высокого эффективного заряда, он несколько хуже экранирован от ядра 1й-электронами, чем электрон на 2/>-орбитали, и прочнее связан с ядром. Соответственно, в основном состоянии атом лития будет иметь электронную конфигурацию 18 28 а конфигурация 1з 2р отвечает возбужденному состоянию. [c.35]

Пробить электронную оболочку атома и, достигнув его ядра, взорвать его могут лишь частицы, лишенные, подобно а-частицам, электронной оболочки. Так как а-частицы имеют положительный заряд, они должны обладать в момент сближения с ядром-мишенью громадной кинетической энергией или, иначе, громадной скоростью, чтобы преодолеть отталкивание ядром-мишенью и приблизиться к нему настолько, чтобы его разрушить. Незначительность запасов естественных радиоактивных веществ и ничтожная попадаемость а-частиц в ядра побудили к поискам более доступных и эффективных средств для разрушения атомных ядер. Таким средством оказалась бомбардировка потоками ядер обычных легких элементов (водорода, гелия, азота и др.), вырванных из их электронных оболочек и разогнанных до громадных скоростей мощными электростатическими полями. В первых ускорительных установках, появившихся в 30-х годах, для разрушения атомных ядер были применены потоки протонов, образованные в разреженном водороде под влиянием напряжений в миллионы вольт. Первой ядерной реакцией, осуществленной с помощью ускоренных протонов, явилось расщепление лития. Ядро лития, захватывая протон, расщепляется на две одинаковые, симметрично разлетающиеся частицы — ядра гелия—соответственно уравнению [c.183]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология