Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В триплетной системе термов 5-уровни одиночные, остальные уровни тройные. Синглетная система термов состоит из одиночых уровней. 34. Обратим внимание на интересную особенность схемы термов таллия, показанной на рис. 34А. Атом в состоянии 7«5 и может перейти либо в состояние 6«Рч,, либо в состояние 6'Р 5. Таким образом, атом имеет выбор для своего «скачка».
В схеме уровней таллия и в других схемах, показанных в этой главе. можно найти другие примеры такого выбора (читатель может их поискать). Если данный возбужденньш уровень распадается различными возможными способами, то каждому из ннх соответствует своя определенная вероятность. Эти вероятности известны под названием относите«иных вероятностей *). Опыт показывает, что относительные вероятности являются внутренним свойством возбужденного состояния, т. е. не зависят от того, каким способом образовано данное возбужденное состояние.
35. Весьма похожие схемы уровней двух щелочных металлов натрия и калия сильно отличаются от схем для гелия и таллия. Исследование большого числа схем обнаружило замечательный факт: химически аналогичные элементы имеют аналогичные схемы уровней. Примером является рис. 35А.
Причина в том, что оптические спектры и химические свойства элементов определяются строением электронной оболочки атома, в частности расположением самых внешних электронов. Понимание периодической системы элементов, приведенной на рис. 35В, основано на идее об оболочечной структуре атомов.
В этой таблице элементы расположены в порядке возрастания атомного номера 2, элементы с близкими химическими свойствами объединены в общие колонки, Число электронов в атоме равно Х, н по мере продвижения по таблице в сторону возрастающих У происходит заполнение «оболочек» электронами, повторяющееся периодически. Химические свойства элемента определяются тем, насколько заполнена последняя оболочка. Например, благородные газы возникают в таблице при полном заполнении соответствующей оболочки. Число электронов, которые может поглотить данная оболочка, определяется принципом Паули, и этот принцип имеет, таким образом, ') Этим термином мы переводим «15« Ьгапсыпд гацо».— Прим. ред. 12! 3 3 й 3 й 1 1 1 о 3 й о с х ! йоо ф й.
й! !!Ю з ~ 1 ,~ ,1 ,, !'Ю !Ъ11 1 1!'й "Ь ! 11 11! !1!о!1 ах 1 ! 1 е.~ ! 1 1 1 1 1 ! ! ! ! 1 ! о 3 3 Р й ! !о! Эо Я !х 1 1!Хо'о ! Ф! й х й й 3 с х ! М, 1 о1 й й о о 'й! р й. ~ % ь о ! !11 Э! !ахм 'о !1!йх 'Х ! !й! ' 1! 1й,! ! 1 1 1 3- й 3 к о . д й „й. 23 а 3 ! й х й оо, й ! йа о о й! ° й о й "» 3 а 3 й ой Ф Ф $ о ~~х Я Ф« Ф х С Ф о« 'О«о* х «Р СО«О «о о ««« л НДО« ««2 «Ф«ох Х „Л О с .а х ю а хо» хо Х«О «$«Ф «Ос а ««« « ~~Иааф ОО«Х хо «« « * а« о у «хао ОФ« «»««х ;,1Ю «» ° » ах, »« х«» О о«ао« х«"ХФ« х««««Б х Ф«й«» о««л«х % О о»« х а о 'х хе Ф х « х~ о оа о О ««««хо« ««Ц о« «« . «О ««х хх ФЛ«Ф« «« а«о Фх" Оа««а « 'О « ° о о« Х«С'О ХО«у Х о о«Х х«оо«а «аоо«Ф х «Ь Хо««Ы 1«Ф« ХФ«« о«» л Ф1 лФХ о««а х «Оа «х ««~.ао "«ОО«О а««о, «л ««Хо о О-.Ф О .~ Б«х х««х« хе «ле „'„' Ф « уйти" О 1 Ф х л « ~ $« Фу« о««5а О«о«ОО р О« „«о« Фо« Ф«О«х«О «хах«х х «Н ,««хо« ОФ«О«« ххо« х а о о«« аз ц А7 ол Л ойЯ Лгой йтлжоур намнр Х Рис.
Зтд. График заю спмости !и Х гт !в й Здесь Х вЂ” длина волны тек нвзываемон К, -линю. рентгоновско. а го спектра злсмеата с атомны» номе. ром Х В пределах точности чертежа все экспериментальные точки ло. жется на прямую. Ив графике приведеаы длины волн лнюь для неко. торых элементов. но н деястввтельноств соответствующие измерения выполнены почтя для всех элемен. тоа Простая теория. объясняю~дан показ. иную зависимость, изложева в тексте атомных спектров и уровней энергии, а это слишком сложная задача для вводного курса.
Чтобы возбудить интерес читателя, мы приводим в табл. 35А часть таблицы, показывающей слоистое строение электронной оболочки атомов. 36. В 18б9 г., когда Менделеев впервые сообщил о периодической таблице элементов, не были известны ни. электроны, ни ядра. Поэтому Менделеев не мог расположить элементы в порядке возрастания заряда Л, а располагал их по возрастаю- ', )д' щим значениям атомной массы. Это также дало правильный порядок рас- у)" ' ' ! Ге! положения, за некоторым, однако, исключением: атомная масса аргона больше атомной массы калия, хотя ° химические свойства этих элементов, - — и-, , + однозначно указывают иа то, что ар- 1--, - Ке -~ —,! гон должен стоять в периодической таблице перед калием (аргои — благородный газ, а калий — щелочной ме- вФ талл).
С точки зрения химии поря- ДОК ЭЛЕМЕНТОВ В табЛИЦЕ ПОЧтн ОЧЕ- 1:,, ' 1 ', Г~ ' ' ), ~ „!,гтЕ~ виден, и поэтому каждому элементу Я ' можно приписать свой атомный номер Я. д Заметим, что Менделеев проявил замечательную научную проницательность, оставив в таблице пустые места, в которые должны были, по его мнению, попасть еще ие открытые в его время элементы н).
37. Понимание того, что атомный номер элемента измеряет заряд ядра (и.чи равное ему число электронов), было большим шагом вперед в теории атома, В решении этой проблемы особенно большую роль сыграли работы Г. Мозли, выполненные в !913 г. Он занимался систематическим измерением длин волн рентгеновского излучения многих элементов и сумел показать, что длины волн аналогичных линий (у различных элементов) весьма простым способом зависят от атомного номера *и). *) Менделеев Д. И. Периодический закон.— Мд ГИЗ, 1926. В этой книге собр аны работы Д.
И. Менделеева, посвященные открытию периодической системы элем егжов.— Прим. ред. **) Деоае1ер Н. О. У. Тйе Н!Хй-Егейоепсу зрес1га о1 1Ье Е!ещеп)э.— Р!ц!. Май. 1913, у. 26, р. 1024; 1914, у. 27, р. 703. Рассмотрим эту проблему вкратце. При бомбардировке атомов электронами большой энергии (десятки и сотни килоэлектрон-вольт) возникает коротковолновое электромагнитное излучение.
Оно получило название излучения Рентгена. Спектр рентгеновского излучения состоит из непрерывного спектра, на фоне которого видны резкие спектральные линии, характерные для данного элемента (см. экспериментальный спектр на рис. 2ЗА гл. 4). Из рассуждений, приведенных в п. 27 гл. 2, следует, что за испускание характеристических линий рентгеновского спектра ответственны внутренние электроны атома, Электрон большой энергии выбивает электрон из внутренней электронной оболочки атома (так называемой К-оболочки), и один из электронов из более далеких от ядра оболочек падает в образовавшуюся «дырку». Разность энергий связи уносится в виде кванта рентгеновского излучения.
В п. 27 гл. 2 мы показали, что энергия связи внутреннего электрона может быть приближенно записана в ниде Вк=2 й, (37а) где",Р„=и'тс'-,'2 — постоянная Ридберга. Мы не занимались нспросом о том, чему равна энергия связи электрона в более далеких оболочках, но читатель может поверить, что она пропорциональна В , но имеет меньшее значение. Таким образом, если электрон «падает» во внутреннюю оболочку пз одной нз более далеких оболочек, то длина волны характеристического рентгеновского излучения оавна ), = С(2'й„, (37Ь) где С вЂ” постоянная, очень слабо зависящая от 2. Таким образом, график зависимости 1и Х от 1п З должен быть, если все это верно, прямой линией. Из рис.
37А видно, что экспериментальные значения длин волн с хорошей точностью лежат на прямой. В согласии с предсказанием теории Бора, С оказывается близкой к 4~3. Поскольку электрон, заполняющий дырку, может попасть в нее из различных оболочек и сама дырка может возникнуть в различных оболочках, то следует ожидать существования большого числа характеристических линий. Опыт показывает, что так оно и есть. На рис. 37А мы показали только одну из этих линий, соответствующую переходу между одними и теми же оболочками различных атомов. Легко понять, что из таких измерений длины волны характеристических линии можно получить заряд ядра.
Работы Мозли привели поэтому к новому пониманию смысла периодической таблицы. 38. Рассмотрим теперь некоторые свойства ядер. На рис. 38А показана схема уровней ядер изотопа бора ",В, определенная экспериментально. На этой схеме основному уровню приписана нулевая энергия.
Полный момент импульса этого состояния равен У=З!2. Особенно широкие уровни пересечены наклонными линиями, и длина этих линий приблизительно пропорциональна ширине уровня. 128 в рнс. зид. схеме уровней энергии для ядРа бора 11В. Уоро гсгнгая схема взята из аб. вора: Л гс Млй Г . Саиппгл Т Вяег«у 1.е уей ог 1л«йг Ннс1сг — ясэс Мой. Рьуз. 1Збб, т 7, р 7. Советуем янтателю обра тнтвся н оригиналу Для диссоциации ядра "»В достаточна энергия 8,667 МэВ; при ббльших энергиях возбуждения ядро распадается на а-частицу н изотоп лития,'1!. Этот способ диссоциации показан справа от главной системы термов. При энергии возбуждения, большей 11 МэВ, ядро бора имеет две возможности для диссоциации: оно может ь;У распасться на нейтрон и изотоп у99 ",В либо на протон и изотоп "Ве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
