1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Структура атоме и вивктрильимв ликии Обнаруженные на опыте линии, обозначаемые как Ки, Хз, ..., Г.и, Ез...,, М„Му, ..., могут быть упорядочены в схему термов прн помощй разйостных соотношений: Кв=Ке+~е. К» Ки+1-в=Ку+Ми н т д :(ттн соотношения соответствуют комбннацнонному принципу Рнтца; с большой тщательностью онн проверялись на экспернменте, в результате чего было установлено, что онн выполняются именно в такой форме.

Ф и». 48. Схема реиттеиоеских уровней (ие Касаеве) с переходами. соответствующими реиттеиоиским лвиикм. Интерпретацию рентгановскнх спектров дал Коссель (1917 г.), Электроны в атоме сгруппированы в оболочки; имеется К-оболочка, Л-оболочка н т. д. Нанболее прочно связаны К-электроны, менее прочно 1.-электроны, еще менее прочно М-электроны н т.

д. Нв фнг. 4В горнзонтальнымн лнннямн нзображены уровни энергии, соответствующие электронам различных оболочек. Согласно Косселю, возбуждение К-лнннн следует представлять себе так, В результате некоторого процесса (рассеяная, поглощения света) К-электрон оказывается выбитым нз К-оболочкн.

Для этого требуется определенная минимальная энергия; поглощена же может быть всякая порция энергии, превышающая этот минимум. Поэтому в спектре поглощения появляется резко выраженная граница; поглощается излучение всех длин волн короче граничной. Линяй же поглощения, подобных лннням видимой области, в рентгеновской области не обнаружено.

Если нз К-оболочкн выбит таким путем электрон, то 1.- нлн М-электрон может спуститься на К-оболочку, в резуль- я 2. Квавговои уоаовия тате чего излучается квант энергии. В таких случаях в излучении появляются Ко, Кэ, ... линии. Аналогичный эффект получается, когда в результате возбуждения выбивается электрон нз Е-оболочки. Мозли (1913 г.) сумел нз своих измерений вывести следую щий закон для частот К -линий различных элементов: 3 /1 11 4 Йо(в' п)о Ло(в' о')о( 1T у ! Здесь Яо — постоянная Рндберга, уже встречавшаяся нам (гл. У, $1); о — величина, назынаемая постоянной экранировки и имеющая для всех элементов приблизительно одннаковоезначение 1,0.

Таким образом, из экспериментальных фактов, вы ражаемых законом Мозли, следует, что в рентгеновских спектрах термы в водородного типа (водородоподобные термы), причем заряд ядра экранирован. Этот результат нужно понимать так, что из-за большой величины заряда ядра ближайшие к нему электроны сильно связаны с ядрамн и поэтому движутся подобно электрону в атоме водорода, тогда как осгальныеэлектроны атома лишь несущественно возмущают нх орбиты. Поэтому получается схема термов, сходная со схемой термов атомов щелочных металлов.

Фактически мы должны электронам К-оболочки приписать глввное квантовое число л=1, Ь-электронам — главное квантовое число п 2 и т. д. Точное исследование показывает далее, что К-уровеньпредстажляет собой синглет, Ь-уровень — триплет, ло-уровень вырожден пятикратно, но объяснение этого факта мы отложим до следующей главы. Закон Мозли предоставляет в наше распоряжение простой метод проверки порядка размещения элементов в периодической системе. Если изобразить на граорнке зависимость квадратного корня нз частоты К,-линий от атомного номера Я, то эксперн» ментальные точки должны лечь на одну прямую (фиг.

49), Если мы неправильно поместили элемент в периодической таблице, т. е. приписали неправильный заряд ядру его атома, то соответствующая точка на графике выпадет из прямой. Таким образом можно еще раз проверить, что, например, заряд ядра (атомный номер) кобальта меньше, чем атомный номер никеля, хотя масса кобальта больше; примеры такого рода отмечены двойной стрелкой в табл. 1 (стр. 52).

Другим результатом работы Мозли было окончательное выявление пробелов в.периодической системе, т. е. элементов, еще не известных в то время. В частности, таким образом оказалось возможным предсказать существование гафння (2=72) до его фактического открытия (Костер и Хевеши, 1923 г.). я Ю. Матричная механика зрения. Позднее мы увкднм, как в волновой механике обе эти трудности устраняются самым естественным образом. Некоторые проблемы теория Бора оставляет без объяснения. Почему должны быть исключены маятникообразные орбитйг Указанная нами выше причина — ссылка на столкновения с ядрами в едва ли убедительна; кроме того, она выходит за рамки теории Бора. Каково происхождение аномального эффекта ЗееманаР Как мы увидим в дальнейшем (гл.

Ч1, $1), объяснение этого эффекта требует учета того обстоятельства, что электрон сам по себе имеет механический и магнитный моменты. Наконец, уже в простейших случаях более чем двух тел, например в случае гелия, вычисления сталкиваются с трудностями и дают результаты, противоречащие экспериментальным данным. У 3. Матрмтемая мехаммма Согласно Гейзенбергу (1925 г,), главная причина несостоятельности теории Бора заключается в том, что эта теория имеет дело с величинами, полностью ускользающими от наблюдения.

Так, теория говорит об орбите электрона и скорости его движения вокруг ядра, вовсе не принимая во внимание то, что мы вообще не можем определить положение электрона в атоме, не разрушив при этом весь атом. Фактически для того, чтобы с какой бы то ни было точностью определить положение электрона в атоме (дизметр которого составляет величину порядка нескольких ангстрем), мы должны наблюдать атом в свете с существенно меньшей длиной волны, т, е. облучать атом чрезвычайно жесткими рентгеновскими либо у-лучами; однако в таком случае комптоновская отдача электрона будет настолько велика, что его связь с атомом немедленно разорвется, и атом ионизируется. Таким образом, с точки зрения Гейзенберга теория Бора несостоятельна потому, что фундаментальные идеи, на которые она опирается (картина орбит, справедливость классических законов движения и т. д.), никогда и никаким образом не могут быть проверены.

Следовательно, мы выходим за пределы опыта и не должны удивляться, когда теория, построенная на основе гипотез, не допускающих экспериментальной проверки оказывается частично несостоятельной в тех своих выводах, которые можно проверить на опыте. При построении логически непротиворечивой схемы атомной механики в теорию нельзя вводить никаких величин,кромефизически наблюдаемых — нельзя, скажем, ввести орбиту электрона, но следует отправляться лишь от наблюдаемых частот и интенсивностей линий, излучаемых атомом.

Исходя нз этого Гл. У, Структура атома и еиектралзнзсе линии принципа, Гейзенберг заложил основы теории, развитой в дальнейшем им самим, Борном и йорданом (1925 г.) — так называемой лсатричссой лсихассики, призванной заменить атомную механику Бора и необычайно успешной во всех ее применениях. Хотя по своей форме матричная механика совершенно отлична от волновой механики, излагаемой ниже, по своему содержанию, как показал Шредингер, обе теории идентичны. В связи с этим мы не будем рассматривать матричную механику во всех деталях и удовлетворимся просто кратким резюме. Коль скоро отправной точкой наших рассуждений служат частоты ди Ню х как наблюдаемые величины, то совершенно естественно разместить их в виде квадратной таблицы: тн=О т, им тес= О тм тзс изт тзз —— О ...

Если отныне мы всегда будем придерживаться такой схемы размещения, так что, скажем, место в четвертой строке и втором столбце всегда будет ассоциировано с переходом нз четвертого во второе квантовое состояние, то можно расставить в подобной квадратной таблице и амплитуды п„,л ивоображаемых осцилляторов», связанных с различнымн излучаемыми частотами, причем а' будет обозначать тогда интенсивность излучения соответствующей частоты: асс асз асз пас сззз сзте аз с азз азз Аналогично можно расположить в схеме такого рода и другие величины, связанные с переходом сс -1 лз.

Возникает вопрос: как обращаться с такими таблицами при зычисленнях? Здесь полезно следующее замечание Гейзенберга: теремножая два колебания а„з ехр (от и1) и аз„, ехр(2птиз„с1), мы благодаря комбинационному принципу Рит~а получаем зкстллс зкст с тнс(т +тз '1 с ьстт з с — е ии Е 8. Мегрэ«аая а»хааа»а т, е. колебание из той же самой таблицы, так что правило обра. Вования произведения позволяет просто перейти к другому месту квадратной таблицы в согласии с пРавилом обозначения мест. Далее, можно определить произведение двух таких таблиц, причем так, что произведение это снова окажется квадратной таблицей того же самого типа. Правило умножения, выведенное Гейзенбергом только из экспериментальных фактов, гаасит: (а, )(Ь,„)=Да„а» ), Борн и Йордан заметили, что это правило умножения созна.

дает с другим, которое уже давно известно в математике как правило образования произведения двух «матриц», вроде тех, что появляются в теории линейных преобразований и теорий определителей. Следовательно, квадратные таблицы Гейзеиберга можно рассматривать как бесконечные матрицы и действовать с ними по известным правилам теории матриц. Теперь перейдем к центральному пункту матричной механики, а именно к принципу, согласно которому с каждой физической величиной связана йредставляющая ее матрица описанного выше типа. Мы можем построить матрицу координаты, матрицу импульса и т. д., а затем действовать с этими матрн цамн практически точно так, как мы привыкли действовать с координатами, импульсами и т.

Характеристики

Список файлов книги