Соколов А.А., Тернов И.М. Квантовая механика и атомная физика (1185094), страница 61
Текст из файла (страница 61)
На это вакантное место может перейти Лд электрон со слои 1„М, )т', ..., образуя тем самым рентгеновские ли- Фиг. 25.5. Схема иоэникнове- а' Аз ~т ''' ' нии характеристического спекПри таком переходе электронов с тра но косселин одного внутреннего слоя на другой ° ,л„,р,„„ и возникает характеристический п. « в и и выбивания электравэ с К.оболочки.
спектр. Поскольку энергия связи электронов на внутренних орбитах гораздо больше энергии связи внешних электронов, для возбуждения характеристического рентгеновского спектра следует использовать электроны гораздо больших энергий (несколько десятков кэв), чем для возбуждения оптических спектров (несколько десятков эв). При построении теории сложного атома с учетом взаимодействия атомных электронов возможны два подхода, В первом за основной потенциал можно взять потенциал ядра, полностью экранированного внутренними электронами. Этот подход был нами использован при построении теории оптических спектров щелочных металлов. При этом основной потенциал определялся зарядом ядра Лес и зарядом электронов внутренних орбиг — (2 — 1)ео. Суммарный потенциал в этом случае равнялся звч Ч А С Т Ь П1.
ТЕОРИЯ МНОГИХ ЧЯСТИЙ слоя приводит к экранировке (эффективному уменьшению) заряда ядра Лея на величину 5»ем благодаря чему обший потенциал становится равным Ф д — ~.) «О Г (25.35) (25.36) Из последней формулы для частоты линии К„находим выражение: Š— Е~ ((Д вЂ” 5,)х (Š— Е) ~ Х Л ! !х Зх (25.37) Отсюда видно, что частота линии рентгеновского спектра моно- тонно возрастает с увеличением порядкового номера Л.
Этот за- кон впервые был открыт из анализа эмпирических данных Моз- ли (1914), который записал его в несколько другом виде: Эта формула может быть получена из (25.37), если в последней положить, что поправка на экранирование для К- и 1.-слоев одна и та же, т. е. 51=5Х=5, Однако мы знаем. что это не совсем так, и поэтому при исследовании рентгеновских спектров, как и при исследовании оптических спектров, следует сделать пересчет частот на соозветству1ощие термы, которые согласно (25.36) можно представить ь виде: (25. 36! Например, при исследовании гелиеподобных атомов было показано, что учет взаимодействия электронов К-слоя сводится в конечном счете к уменьшению эффек~ивного заряда ядра, кото- 5 рый формально можно положить равным 2 — РЛ вЂ” —, т.
е. величина 5» в этом случае равнялась '/1«. Поправка на экранирование 5„может быть функцией не только и, но и 1. С увеличениемп эта поправка возрастает, так как следует учитывать все большее число электронов, экранирующих ядро. С увеличением же 1 она также должна (но не так сильно) возрастать, так как орбиты будут становиться все менее «проникаюшими», и поэтому эффективный заряд должен в среднем несколько уменьшаться. В первом приближении можно считать, что поправка на экранирование не зависит от Потенциал (25.35) дает для спектральных термов формулу, полученную для водородоподобиого атома, в которой величину Л следует заменить на 2 — 5„; ((л и и й 25.
Строение сложных атомов /г-лмрмыгд 0 Г 7 55 Последняя зависимость и получила название закона Мозли; она, как правило. исследуется графически. Придавая главному квантовому числу п различные значения, имеем (см. фиг. 25.6): для К-термов (и = 1) ~'7= '," — (25.38 а) для А-термов (и = 2) 1/ — '=, ', (25.386) для М-термов (а = 3) 'Т 1/ — ' = .
' . (25.38в) д-21 мы Гл-,Ц г5 л ЮгПЗР4РЮЬтЮЮЮ~ Фиг. 25.6. Диаграмма л4оалн. Тд Исследование экспериментальных кривых 1г — = 1 (с.) позволило найти значения поправок на экранирование, которые в среднем оказались равными 5~ = 1, 52 = 3,5, 5з = 10,5 и т. д. Кроме того, было установлено, что рентгеновские спектры изменяются с увеличением Я монотонно и никаких периодических закономерностей ие наблюдается.
Это представляет собой еще одно отличие нх от оптических спектров, где обнаруживается периодичность. Заметим, что более детальное исследование показало мультиплетную структуру рентгеновских спектров. С одной стороны, следует учесть, что поправка на экранирование зависит не только от главного квантового числа, но и от орбитального квантового числа 1. С другой стороны, при учете релятивистских поправок, которые зависят еще от внутреннего квантового числа 1, в основу исследований должны положить формулу (20.18). Тогда вместо формулы (25.38) имеем: т„~,.
г 5ж 1 (г 5 ~)та Г Зт — д +, дт 1 4 . (25.39) /+ Из (25.39) следует, что для К-термов расщепления нет, так как возможно лишь одно состояние 1з, (и = 1, 1= О, ) = — ~. 1т и авв ч хсть ць теория многих чхстиц Для Е-термов имеем три компоненты: Е, (2з, ), Ец (2р,,) н Е,ц(2рч). Учитывая зависимость поправки на экранирование от Ю„ = 3 н Ззр= 4, для Е-термов получаем: ~ т„ Ен. г' ~., ' 2 + 64 (2 — 4)', (25.39а) тз г — 4 а Епб (г' — = + — (Я вЂ” 4)з, 2 64 Параллельные дублеты Ег и Ец, связанные с различной экранировкой ядра, получили название и р р е г у л я р н ы х д у б л ет о в; расходяшиеся же Ег и Еш, обязанные учету спиновых и релятивистских эффектов, — р е г у л я р н ы х д у б л е т о в.
Точно так же М-термы должны содержать пять компонентов (Зз4, Зркн Зр1ь ЗФ„ЗЬ~,). Йзучение характеристических рентгеновских спектров имеет не только практическое, но и большое теоретическое значение, В самом деле, кривые Мозли показывают, что периодические свойства атомов обязаны лишь валентным, а ие внутренним электронам. Окончательно было выяснено, что порядковый номер 4,, введенный Менделеевым, определяется лишь зарядом ядра. По некоторым аномалиям кривых Мозли можно было судить о заполнении внутренних оболочек; например, Зг( (ферромагнитные элементы) и 4Ы (лантониды). Наличие мультиплетной структуры и спин-релятивистских поправок может быть правильно понято только после введения спина.
Таким образом, теория рентгеновских спектров хорошо укладывается в квантовую теорию атомов, в основе которой лежит теория Дирака и проблема многих частиц с учетом спина. Открытие периодического закона Менделеева. Менделеев расположил известные в то время элементы в порядке возрастания атомного веса и обнаружил, что через определенное число элементов химические свойства элементов повторяются. Например, натрий. калий и т. д.
(Шелочные металлы) повторяют химические свойства лития; хлор, бром, йод и т, д. (группа галогенов) повторяют химические свойства ф гора. й 2В. Строение слохсных атомов Менделеев приписал каждому элементу порядковый номер. определяющий его положение в периодической системе. Хотя возрастание 2 идет обычно параллельно возрастанию массы атома элемента, имеется ряд исключений: (звАг — ~аК), ( мТе — аз 1) 4О зз аз ~77 в которых элемент с ббльшим атомным весом предшествует более легкому элементу. Кроме того, в настоян!ее время открыто множество изотопов, т.
е, разновидностей атомов, обладающих з одинаковым 7'., но разной массой (например, |Н, ~Н, !Н). Сам Менделеев не раз подчеркивал, что будущее не грозит периодическому закону разрушением, а обещает только надстройку и дальнейшее развитие. В свете последних открытий в области строения атома и ядра периодический закон приобрел особенно важное значение. В частности, изучение рентгеновских спектров и в особенности эксперименты по рассеянию альфа-частиц на атомах окончательно доказали, что порядковый номер 2 характеризует заряд ядра, а вместе с тем и количество электронов в нейтральном атоме.
Во время открытия периодического закона 11869) было известно 63 элемента. Менделеев предсказал существование еще более 10 элементов, причем для трех были предсказаны даже их основные химические и физические свойства: скандий (218с), галлий (з,Оа) и германий (ззбе). В конце Х1Х в. были открыты инертные газы.
Во времена Менделеева были известны только три элемента из группы лантанидов (редких земель): церий, дидим (смесь празеодима и неоднма) и эрбий. В настоящее время изучены свойства всех 14 редкоземельных элементов. К 1937 г. были известны 92 элемента, за исключением четырех элементов, которые, как потом выяснилось, оказались радиоактивными и практически не встречаются в природе. Эти четыре элемента были получены в лабораторных условиях.
В 1937 г. Э. Сегре путем бомбардировки молибдена дейтронами получил элемент с _#_=43, названный технецием. Период полураспада наиболее устойчивого изотопа 4зТс равен 2 16в лет. Первое сообщение о получении изотопа последнего редкоземельного элемента с 2=6! в результате бомбардировки неоднма дейгронами было сделано в !938 г. Однако в сравнительно ботьшом количестве (1,5 г) он был получен зх. Маринским и Л. Гленденином (назвавшим его прометием) лишь в 1947 г.
Период ы7 полураспада наиболее устойчивого изотопа м Рш составляет примерно 2,5 года. звв часть иь твогия многих чхстиц В 1940 г. Э. Сегре открыл элемент с 2 = 85, названный им астатином, который получается при облученяи висмута альфа- частицами. Период полураспада наиболее устойчивого изотопа мо м А1 составляет всего 8,3 часа. Короткоживуший элемент с 2=87, названный францием, был открыт в 1939 г. французом М. Пере. Период полураспада наиболее устойчивого изотопа зг"гг равен 22 минутам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
