nekrasovI (1114433), страница 72
Текст из файла (страница 72)
При решении этого вопроса долгое время руководствовались теми, по существу случайно избранными, отдельными свойствами элементов, которые наиболее бросались в глаза. Так, применительно к Ч группе исходили из наличия водородных соединений типа ЭН, и у фосфора, и у мышьяка при отсутствии подобного соединения у ванадия. На этом основании подгруппу мышьяка рассматривали как «главную» подгруппу Ч ~руины, являющуюся непосредственным продолжением ее типических элементов.
Напротив, подгруппу ванадия рассматривали как «побочную», совершенно оторванную от фосфора и азота. В результате становилось не оправданным само помещение элементов подгруппы ванадия в Ч группу. Так как то же самое имело место в других группах, многим представлялось более правильным узаконить создавшееся положение путем соответствующей перестройки периодической системы, что и было предложено, в частности, Вернером (!905 г.). После выяснения электронных структур атомов и их определяющего влияния на свойства элементов стало ясно, что именно эти структуры являются тем решающим признаком, который должен лечь в основу всякой химической систематики.
Это и нашло свое выражение в принятой Бором форме периодической системы (стр. 223), основанной на аналогичностн электронных структур н е й т р а л ь и ы х атомов. Как видно из самой систеамя (см. соединительные линии), деление на «главные» и «побочные» подгруппы в ней сохранено. Таким образом, под стихийно сложившиеся представления была как будто подведена и теоретическая база. Подход Бора к трактовке периодической системы элементов является, однако, весьма односторонним. Действительно, структура нейтральных атомов может иметь определяющее значение лишь для свойств простых веществ и тех реакций, которые протекают с их участием. Напротив, для свойств сложных веществ и реакций между ними определяющими являются структуры соответствующих атомов в тех валеитных состояниях, которые отвечают рассматриваемым соединениям.
Отсюда следует, что достаточно углубленная трактовка периодической системы элементов возможна лишь при учете структурных особенностей атомов не только в нейтральном их состоянии, но и при всех характерных для них валентностяхль " Дополнения 1) Электрон обладает тремя степенями свободы перемещения в пространстве (соответственно трем координатным осям) н дополннтельнай степенью свободы, обус. ловленной его собственным вращением. Поэтому для полной хврактернстнкн электрона необходима н достаточно иметь ч е т ы р е квантовых числа. )т/.
Периодическая система элементов ряс. у!.е. Сх«нп опыта с атомами серебра. Длн детального описания структуры атомов была разработана система четырех квантовых чисел — л, !, лп н лт,, Из ннх главное квантовое число л сохраннло свое первоначальное значение, а ! было введено вместо побочного квантового числа й, с которым оно связано простым соотношением: ! = й — 1.
Так как «3 первоначальное побочное квантовое число могло прнннмать все целочисленные значения по ряду й = 1, 2, 3, ... л, для ! (кото- Ф К рое сохраннла название побочного квантового числа) возможны все целочисленные значения по рнду ! = О, 1, 2, ... (л — 1). Так называемое магнитное квантовое число лп связано с ч , магннтным моментом электрона, обусловленным его двнженнем ф В ~ по арбнте. Велнчнна такого орбита л ьн ого магннтного мо- мента зэвнснт от характера орбиты н определяется соотношением Ъ х рт]=]ро])' !(! + 1), где [)тп[ — единица магнитного момента(т. н. т магн стон).
Как вытекает нз квантовой теория, под действием » внешнего магнитною паля электронные орбиты должны располагаться в пространстве только тахнм образом, чтобы проекции орбитальных магннтпык моментов на направление поля выражались целы и н чнсламн. В связи с этим лп может н»гпитпптп ипи«птп. прнннмать все целочисленные значення от — ! до +!, т. е. может иметь 2!+ 1 различных значений. Например, прн ! = 3 возможные значения ш~ будут: — 3, — 2, — 1, О, +1, +2, +3.
Отвечающне этому случаю «дозволенные» направления орбитального магнитного момента схематически по. казаны на рнс. >т1-1 стрелками. Так называемое слиновое квантовое число ш, также связано с магнитным моментом электрона, но уже не орбитальным, а си иное ы и, т. е. обусловленным собствен. ным вращением электрона — его спинам. Величина синнового магнитного момента у всех электронов однн акаев: [р,[ = 1.73 [Мп[, Само спнновое квантовое число может принимать только два значения: +'/г н — '/г. Р Существует и другая система квантовых чисел, в которой 1 лц н т, заменяются «внутренннм» квантовым числом (!) и соответствующим ему ыагннтным (тл!). Из ннх ! = !ж х/г, а т! мажет принимать все отличающиеся на единицу значения ат — / до +/.
2) Существование электронною спина было впервые установлено на опытах с атомами серебра (1922 г.). Схема применявшейся для этого установки показана на рнс. >/1-2 В В (/( — нсточннк паров серебра, В — диафрагмы, 5 н й/— К полюса электромагнита, РР— коллекторная пластинка). Отобранный днафрагмамн узкий пучок атомов Аа проходит сквозь магнитное поле н оседает затем на коллекторной пла.
стннке. Согласно классической теорнн, прн этом (как н в отсутствие магнитного поля) должна была бы получаться одна сравнительно широкая паласа напыленного серебра, тогда как в действительности прн включенном поле появлялись узкие полоски, симметрично располагавшиеся относительно центра пучка (что соответствовало значениям ~х/г спннового квантового числа). 3) Являющийся важным физическим обобщением лринцил несовместимости (Па>лн, 1925 г) утверждает, что в атоме н е могут од н о временно с у шествовать электроны, характер нзующнеся одннаковымн значениямимн всех квантовых чисел.
Иг принципа несовместимости вытекает, что в отвечающем тому нлн иному квантовому чнслу а электронном с.чое может максим алька содержатьсн столько злектрояов, сколько различных комбннацнй дают остальные квантовые чнсла — !, тх н т,. Подсчет этих комбинаций упрощается, если учесть, что т, способно принимать только два значения (+'/г н — '/г), т. е. всегда удваивает число комбинаций ! н тль Но маг- б 3. Структура периодической системы нитное квантовое число непосредственно зависит от побочного и принимает 2! + ! значений. Поэтому максимально допустимое число электронов в слое равно удвоенному числу возможных значений гль Ниже приводится схема подсчета для первых четырек слоев.
о г о +! +2 о +! о +! +о +з +! +! +! +2 Емкость слое 22 !е Зал«сене!.............. 0 ! 2 3 « Сооктроскооеческ!м овоанач«ни« .. л р и б) На основании отвечающих различным ! возможных значений гл! легко установить максимальную емкость подгрупп того нли иного слоя.
Емкость эту часто бывает удобно выражать числом иезаниснмых ячеек, каждая из которых способна вместить одну электронную пару: Полгруаоь...... Макс»мель«ля емкость Число ячеек..... а ! к е !о ы !а з з т э При характеристике той илн иной подгруппы электронов сначала указывают цифрой ее главное квантовое число, а затем буквой — побочное. Например, символ 2!2 означает. что речь идет о подгруппе электронов, находящейся в третьем слое и харак. террзующейся значением ! 2. Число электронов а такой подгруппе указывают, вводя его а форме верхнего индекса прн соответствующей б>кве.
Например, символ Вс!те означает, что в подгруппе Вс! содержится !О электронов. 8 Б, В. Некрасов Таким образом, характерные для периодической системы элементов числа — 2, 8, !8, 32 — с необходимостью вытекают нэ теории строения атомов. Одновременно выявляется, что общее число возможых значений пп равно пт, а максимальное теорети.
чески допустимое число электронов в слое — 2пз. Сопоставление последнего результата с данными приводившейся в основном тексте сводной таблицы, отражающей фа к тнч еское заполнение слоев, показывает. что первый н второй слои действительно заполняются до максимально возможного предела уже соответственно в ! н 2 периодах, тогда как третий слой приобретает вполне законченную струитуру лишь в ч периоде, а четвертый — только в 6 периоде, Подобное «отставание» обусловлено сильным взаимным отталкиванием електроиов в миогоэлектронных слоях, которое преодолевается лишь при достаточом возрастании положи. тельного заряда ядра.
4) При классификации спектров принято разбивать электроны каждого определяемого гл а в н ы и квантовым числом и ел о я на отдельные п о дг р у и вы, соответ. ствующне том> илн иному побочному квантовому числу !. Числовые значения последнего обычно заменяются при этом условными буквенными обозначениями согласно приводимому ниже ряду; г], Периодическая пссгама элементов Суммарное описание электронной структуры атома включает в себя все отдельные обозначения характерных для него подгрупп, причем располагаются овн по порядку возрастания сначала л н затем 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
