nekrasovI (1114433), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Такие расчеты были произ. велены почти для всех элементов. Результаты нх, как менее надежные, здесь и далее даются в скобках. б 4. Геория водородного атома Рассмотрение привеленных данных показывает, что по мере роста главного квантового числа электронного слоя, т. е. удаления его от ядра, отрыв олнотнпного (например, первого) электрона последовательно облегчается. Отрыв каждого последующего электрона из олного н того же слоя требует значительно большей затраты энергии, чем отрыв прелыдушего. Особенно резкий скачок наблюдается прн переходе от одного электронного слоя к другому. Например, энергия ноннзацнн аргона, соответствующая отрыву девятого электрона (т. е.
первого нз слоя с и = 2), составляет 42! зв, что почти в трн раза превышает значение для восьмого электрона (т. е. последнего из слоя с и 3). 12) Начиная с середины 20-х годов текущего века в развитии учения о строении атомов наметился перелом, обусловленный влиянием новой физической концепннн (т. е. познавательной нлеи), выдвинутой в 1924 г. де-Бройлем. Если еше нз самой квантовой теории вытекало и путем нзученив столкновений фотонов с электронамн было экспериментально подтверждено, что к а ж д а я э л е к т р о м а г н н т н а я волна одновременно обладает свойствами частицы, то, по де-Бройлю, имеет место и обратное: каждая даижущаяся частица одновременно обладает ~ л / л 3 од свойствами волям. ч н / Количественную взаимозависимость между залповыми н корпускулярнымн (т.
е. отвечающими частицам) свойствамн материн дает уравнение дг-Бройля; В чн А й/гла ду гз У УЗ У,У /д 2~ //аггтоят/а ат ядгм, л тле й — квант действия, гл — масса частицы, о — ее скорость н Х вЂ” соответствующая длина рис. !11-зв. Рэснреяеленне энрон«нос«на ««- волны. Пользуясь этим уравнением, можно «ож«енин электрона э «томе водорода. подсчитать массу кванта лучистой энергии (о с = ЗОО ° 1О" см/сек), отвечающего любой ллиие волны. Вместе с тем можно вычислить длину волны, характерной для частицы с любой заданной массой н скоростью. Например, отвечающий линни Н, серии Бальмера ()с = 6563 А = 6563 19-з см) фотон имеет массу ш = 3 10 'з г, т.
е, он примерно в ЗООООО раз легче электрона. С другой стороны, обладающий скоростью, например, 6 ° 10' см/сек электрон характеризуется волной с Х = 1,21 ° 1О-' см = 1,2!А, т. е. волной типа рентгеновских лучей. Это слелствне теории вскоре нашло прямое экспериментальное подтверждение: оказалось, что направленный на кристалл пучок электронов испытывает лнфракцию подобно рентгеновским лучам. Немного позлнее то же самое было установлено для атомов волорода н гелия.
Так как днфракцня является характерным свойством волн, прнвелениые результаты убедительно подтверждают правильность рассматриваемых представлений. 13) Развивавшаяся на базе этих представлений волновая механика подходит к во. просу о строении атомов с точки зрения характерного для нее принципа неопр е д е л ем н о ст н (Гейзенберг, 1925 г ).
Согласно последнему характер движения электрона принципиально не может быть т о ч н о фиксирован. Модельное прелставленне об атоме с его определенными орбитамн электронов должно быть поэтому заменено описанием, прн котором оценивается лишь вероятность нахождении электрона в том или ином месте пространства. Сама оценка этой вероятности пронзволнтся хотя и с учетом структурных данных, но чисто математическим путем, при помощи т.
н. волнового уравнения (Шредингер, 1926 г.). Последнее имеет характер постулата, истинность которого (в отличие от теоремы) устанавливается не выводом нлн прямым доказательством. а соответствием вытекающих нз него следствий данным опыта, Рис. )Н.29 показывает распределение вероятностей нахождения электрона иа том нлн ином расстоянии от ялра при различных квантовых состояниях атома волорода, Кан видно из рисунка, прн равенстве побочного и главного квантовых чисел (к = о) 86 111. Основные представления о внутреннем строении вещества л 1 $5. Валентная связь.
Вопрос о природе сил, которые вызыва(от образование химических соединений, возникал еще в начале Х1Х века. Однако тогда он не мог быть удовлетворительно разрешен.' Ц. нии атомов мы теперь можем несколько ближе фч »1 подойти к выяснению природы химического вза- ф 6 имодействия и лежащих в его основе причин. При этом нужно, конечно, иметь в виду, что <че- Элеллгр.рток Мелргзлтвк ловеческое понятие причины и следствия всегда ,6 несколько упрощает объективную связь явлений природыв (Л е н и н).
Рис. 1П-31. Правило буКак известно, протекающий по замкнутому равнина контуру (как ранее считалось,— от плюса к минусу) электрический ток создает магнитное поле, направленное в соответствии с «правилом буравчика» (рис. И1-31). Аналогично (но с обратным направлением магнитного поля) ведет себя и вращающийся по орбите электрон. Вместе с тем имеет место и вращение его вокруг соб- псложеняа м а к с я и а л ь н ы х вероятностей приблизительно соответствуют радиусам круговых арбат теории Бора — Зоммерфельда. Для элляптнческнх орбит (и(п) на определенных расстояяиях от ядра появляются уже не только максимумы, но и минимумы вероятности, т.
е. в атоме образуются отдельные зоны с различной «плотностью электронного облака». Подобный способ выражения вероятностя нахождения электрона с помощью как бы «размазывания» его и опенки плотности получаемого таким образом «электронного облака» особенно улобен прн волиовомеханнческом рассмотрении многоэлектронных атомов.
Сплошная линна на рис. ПБЗО дает теоретически рассчитанное распределеяие элек- тронной плотностя для атома аргоиа, / з Как внлно из рисунка, определен! ным электронным слоям (К. (., М) теории Бори — Зоммерфельда отве- 1 чают максимумы кривой. Однако 1 значительная плотность электронного облака (т. е. вероятность нахо1кдеа М Рг ниязлектрона) существует н между слоямн. Последние, таким образом, сколько-нибудь четко друг от друга й Гд (1 — не отграннчиваются. Пунктиром по- 0 казаны результаты проверки теоретического распределеняя путем расчета электронной плотности на основе экспериментальных данных по рассеиваняю аргоном электронов.
Как видно из рисунка. обе кривые практнческя совпадают. Волновомеханнческнй подход к атомным проблемам позволил разрешить рнл вопросов. остававшихся ранее неяснынн, а танже получить некоторые колячественные результаты со значительно большей точностью, чем удавалось раньше Однако характерный лла волновой мехаиякн о т к а з о т н а г л я д н о с т н сильно снижает познавзтезьную пенность этого метода н таит в себе опасность скатиться к такому мнропоннманяю, прн иоторои «..."матерна исчезает', остаются один уравнения» (Л е и и н). 14) Необходимо полчеркнуть, что волновая механяка отнюдь не исключает корпускчлярную трактовку явлений. Более того, сами ее уравнения основаны на представлеиян об электроне, как о точечном заряде, а не зарядовом облаке. «К волновому н корпускулярному описанию следует относиться как к равноправным я дополняющим друг прута точкам зрения на одни и тот же объективный проиесс.ь (Б ар н ), ат З 5.
Валентина сеяла Ряс. 1!1-32. Схема замыкания магнитных полез в атоме гелия. Из схемы видно, что валентной связи (черточке) обычных структурных формул соответствует пара электронов. Весьма важным является вопрос о расположении этой пары относительно ядер соединяющихся атомов. Здесь возможны два суще« ственно различных случая: орбиты спаренных электронов могут либо практически полностью принадлежать одному из ннх, либо быть связанными с о б о и м н ядрами. Первый случай имеет место тогда, когда один из атомов притягивает осуществляющую валеитную связь электронную пару гораздо сильнее другого. Очевидно, что в результате полного перетягивания электронной пары первый атом приобретает один электрон, а второй его теряет. Оба атома становятся поэтому электрически заряженными.
Такие электрически заряженные частицы, образовавыиеся из атомов (или атомных групп) вследствие цотерм ственной оси — так называемый спин электрона. Поскольку электрон не является математической точкой, а обладает некоторыми (хотя и ничтожно малыми) размерами, его собственное вращение опять-таки связано с возникновением магнитного поля.
Каждая имеющаяся в атоме электронная орбита яв.чается поэтому как бы очень маленьким магнитиком. Но два отдельных магнита притягиваются разноименными полюсами, причем поля их замыкаются друг на друга. Для того чтобы снова разъединить их, необходимо затратить некоторую работу. В результате замыкания магнитных полей система становится, следовательно, более устойчивой. То же самое должно иметь место и в случае электронных орбит. Например, для гелия получается схема взаимодействия магнитных полей, показанная на рис. 1Н-32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
