yavor2 (553175), страница 59
Текст из файла (страница 59)
В этом состоит причина отступлений в заполнении состояний. реальной периодической системы элементов от заполнения, соответствующего табл. 73.2. 8. Рассмотрим подробнее последовательность заполнення электровамн состояннй в атомах химических элементов, находящнхся в основном невозбужденном состоянии, В атомной физике принято обозначать электронное состояние в атоме символом п1, указывающнм значения двух квантовых чнсел. В атоме водорода (Х= 1) едннственвый его электрон находится в состоянии 1з, характернзуемом квантовыми числами и= 1, 1= О, гп=- О.
Проекции его спина на направление внешнего поля определяются спнновымн квантовыми числами т = З-1/2. В атоме гелия (Е=- 2) его второй электрон также может находкться а состоянии 1з, т. е. иметь такие же квантовые числа л= 1, 1= О, т= О, но спнн нторого электрона должен быть ориентирован противоположно спину первого (для одного нз ннх та=- !г2, для другоготз=- — 1!2, нлн наоборот). Группа состояний 274 с л= 1, 1= О, т=-0 и т = ~1/2 образует заполненную К-оболочку атома, со.
ответствующую завершению первого периода периодической системы Менделеева. Следующий за гелием элемент — литий (Е =- 3) — содержит три электрона. По принципу Паули, третий электрон атома лития уже не может разместиться в целиком заполненной К-оболочке и занимает наиннзшее состояние в оболочке с и = 2 (1-оболочке). Таким состоянием является состояние 2з (квантовые числа я= 2, 1= О, и .†.- О). Литием начинается второй период периодической системы. Четвертый электрол бериллия (2= 4) занимает также состояние 2», а пятый электрон бора 12= 5) должен завять энергетически более высокое состояние 2р (и= 2, 1=!). Вплоть до неона (2=!О) электроны у всех атомов размещаются в подоболочке с 1= ! при л = 2.
У неона таких электронов 6, т. е. максимальное число для этого состояния. Е-оболочка неона оказывается полностью заполненной, и на этом элементе завершается второй период периодической системы Менделеева, Одиннадцатый электрон натрия (Е= Н) размещается уже в М-оболочке (л= 3), занимая низшее состояние 3«, Эта оболочка последовательно застраиваешься вплоть до аргона (2=!8). У аргона все состояния Зр подоболочки оказываются занятыми, и аргоном завершается третий период периодической систе»пж 9. Девятнадцатый электрон калия (2=.
19) должен был бы занять состояние И в М-оболочке (л= 3, 1= 2). Однако химические и оптические свойства калия аналогичны свойствам лития и натрия, у которых валентный электрон находится в з-состоянии. Поэтому н у калия его валентный девятнадцатый электрон должен находиться в з-состоянии. Он зааимает это состояние в следующей, й»-оболочке (и = 4) — состояние 4з. Начиная с калив, при незаполненной подгруппе Ы М-обо. почки начинается застройка )У-оболочки.
Причина этого заключается в том, что вследствие взаимодействия между электронами энергия 4)»«,» электрона в состоянии 4з меньше, чем энергия щ»»,з, которую он имел бы в состоянии 3«( "). Химические и оптические свойства кальция (2=20) показывают, что его двадцатый электрон размещается в состоянии 4« Ф-оболочки. Начиная со скандия (Я= 2!), возобновляется нормальное заполнение 3«( подоболочки, которое заканчивается у меди (Я= 29). Далее до криптона (2=36) происходит нормальное заполнение )У-оболочки. Криптоном завершается четвертый период периодической системы. Химический элемент рубидий (2 =37), слелующий за криптоном, по свойствам аналогичен натрию и калию. Поэтому его валентный, тридцать седьмой электрон размещается не в»У-оболочке, которая еще не достроена, а в следующей, 6-оболочке (и = 5) и занимает состояние ш.
У атома стронпия (Е.= 38), аналогичного по своим свойствам кальцию, электрон тоже занимаетсостояние 5». Начиная с иттрия Я= 39) и до палладия (Е= 46) заполняется подгруппа состояний 4«(. У серебра (2= 47) и кадмия (2 = 48) вновь застраиваются подоболочки в электронном»Углов. Начиная с индия (2= 49) и до ксенона (2 = 54) происходит застройка подоболочки 5р. Ксеноном завершается пятый период периодической системы. Начиная с цезия (2= 55), начинается заполнение Р-оболочки (л.= 6). 1О. У химических элементов ог лантана (2= 57) по лютеция (2= 7!), которые объединены в особую группу редких земель, так называемых «лантанидов», обнаруживается сходство химических и ряда физических свойств. Это связано с особенностью порядка заполнения состояний электронами атомов этих элементов. У лантана подоболочки 5«, 5р и бз целиком заполнены, и пятьдесят седьмой электрон лантана находится в состоянии Ы, в то время как глубокая подоболочка 41' ие заполнена электронами.
У атомов элементов от цезия (2 = 58) до лютеция (2= 71) происходит заполнение этой оболочки, а внешняя подоболочка бз остается без измеаений. Этим и объясняется тождественность химических свойств «лантанидов». Начиная с гафиия (Е= 72), происходит застройка подоболочки 5«(, завершающаяся у одновалентного золота (2 = 79). У ртути (2 = 80) заканчивается заполяение подгруппы Ы, а начиная с таллия (2 = 8!) и до радона (2 =- 86), завершающего шестой период периодической системы элементов„происходит заполнение подобо- *) Здесь мы использовали важный результат квантовой механики о том, что энергия электрона в атоме зависит, вообще говоря, не только от главного, во и от орбитального квантовых чисел.
Лишь для водорода энергия зависит только от главного квантового числа (см. формулу (71.12)). 275 а л=7/7/ /гаг-аа/ ! ! /гаг = 7г/ ! ! ! ! 1 ! аа а/ аг а! /ад дг лиу/Р/ ! ! ! /гаг=/а/ аа аг ! ! ! ! д аа а/ и 57 /г /г ю ! э/а/ага/из!иа/ -у/К/ /.У 9 ///к /а га ! ! гд гг аым га г//д/в/лги/ ! ага/ аа !/ /г 4/ га /га ч/г/ г= и=а /К/ наа и!/мм!/и ! ! ! ! ! г/гг//г ! ! ! ыг »/ааиааа/ы гг//г-/а/ лей//// н й /5 Д /7 !г ! ! ! ! ! 4 гага//гага/а ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 1 ! ! ! /г//г= г л=г Й/ !ааааа/а ! ! ! ! ! ! ! ! ! /гаг-г/ г! ! л-1/К/ ал /а/ лй /'-а Рис. 73.1. (Е = 99) и фермием (Л = !00). Сто первый элемент назван менделев нем в честь создателя периодической системы элементов Д. И.
Менделеева. Все актиниды отличаются заполнением подоболочки 6/, а их внешние электроны находятся в состоянии, аналогичном состояниям электронов и лантанидах. Элемент с номером 2= 104 открыт в 1964 г. в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне и назван курчатовием в честь выдаюшегося советского физика И. В. Курчатова. Лва его изотопа обозначаются так: !««Кп'4» и т»«Кц»ы. В табл. 73.3 представлено распределение электронов по состояниям в атомах некоторых химических элементов системы Менделеева.
На рис. 73.1 схематически представлен порядок заполнения энергетических уровней электронами в атомах. Химические элементы обозначены точками и указаны их порядковые номера. 276 лочки бр. У франция (Л = 87) и радия (2=- 88) заполняется подоболочка 7» !4-оболочки (л= 7). 11. Особой группой элементов являются так называемые «актиниды». Эта группа элементов начинается с актиния (Л = 89) и простирается до элемента с атомвым номером Е= 103. Группа актинидов содержит заурановые химические элементы: нептуний (Я= 93), плутоний (3= 94), америций (Л= — 95), кюрий (Я= 9о) н др.
В честь Эннштейва й Ферми два элемента этой группы названы эйнштейнием Таблица 733 Раслределеиие блектроиов в атомах Элемент 75 бе бр бл б! 24 2р 24 бр ал Н Не 1.1 Ве т 2 6 2 6 2 6 2 6 2 б 2 6 19 20 К Са 277 5 6 7 8 9 1О 13 14 15 16 17 !8 2! 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3! 32 33 34 35 36 В С Х О Р Хе А! 3! Р 8 С! Аг бс Тг 17 Сг Мп Ее Со ВВ Со Еп С1а Се Аб бе Вг Кг 2 1 22 23 2 4 2 5 2 Б 26 2 б 2 б 2 6 26 26 2 б 2 6 2 Б 26 26 26 2 б 2 б 2 6 2 6 2 б 2 6 26 2 6 2 6 2 6 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 26 26 1 26 2 2 б 3 26 5 26 5 26 6 2 Б 7 26 8 2 6!О 2 Б!О 2 6!О 2 6 10 2 Б 10 2 6 1О 2 6 1О 2 б 10 44 4р 4Л 4! бе бр ба б! 2 1 2 2 23 2 4 2 5 2 6 12.
В 1969 г. во всем мире торжественно отмечалось столетие создания иерноанческой системы Менделеева. Теоретическое ее объяснение явилось величайшим яостижением современной физики. Оно оказалось возможным лишь аа основе квантовой механики. 8 7З.З. Тормозные рентгеновские лучи 1. В исследованиях строения и свойств электронных оболочек сложных атомов, при изучении строения молекул и, особенно, кристаллических решеток твердых тел, огромную роль сыграли лучи, открытые в 1895 г. Рентгеном и названные в его честь рентгеновскими лучами.
Рентгеновские лучи возникают при торможении веществом быстрых электронов в результате преобразования кинетической энергии этих электронов в энергию электромагнитного излучения. Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны с длиной волны в диапазоне от 0,0! А до 800 А. Напомним, что длины волн наиболее коротких из воспринимаемых глазом фиолетовых лучей лежат вблизи 4000 А.
Таким образом, рентгеновские лучи представляют собой весьма короткие электромагнитные волны, разумеется, невидимые глазом. Волновая электромагнитная природа рентгеновских лучей полностью доказывается опытами по днфракции рентгеновских лучей, рассмотренными в 9 62.5. 2. Для получения рентгеновских лучей служат специальные электровакуумные приборы — рентгеновские трубки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
