часть 3 (975559), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В случае гадалнния электрон «возвращается» на другую, близкую по энергии оболочку, чтобы предотвратить нарушение выгодной конфигурации с заполненной наполовину 47"-оболочкой. Во втором риду переходных элементов нерегулярность в заполнении оболочек носит более сложнын характер: У 2» МЬ Мп Тс йп КЬ Рд Лд Сй 5» 2 2 ! 1 1 ! 1 О ! 2 4$1 ! 2 4 5 О 7 8 !О !О !О [[растай анализ здесь п$$1$««$О$ье$к ко«ф«г[ рак«п ш1релелястся и электрон-электронным, и электронна-ядериь1м взаимодействием одновременно. Несмотря на то что в кояце ряда отдается явное предпочтение заполненной до конца, а у элементов МЬ н Мо — заполненной наполовину 4$[-оболочке, пример Тс показывает, что у элементов данного ряда конфигурация определяется не только этим фактором.
[[еобходимо отметить, что межэлектронные силы н изменения полного ядерного заряда существенно сказываются н иа конфигурации ионов. Нельзя, например, считать, чта поскольку 4з-орби- тали заполня!отея предпочтительнее, чем З«[-орбиталн, они всегда устойчивее последних. Ес.чи бы это было так, то следовало бы ожидать, что элементы первого ряда переходных элементов при иопизации будут терять 3$[.электро1$ы. В действительности же ионкзация этих атомов сопровождается потерей прежде всего 4»-электронов. Таким образом, устойчивость электронной конфигурации является суммарным результатам действия нескольких факторов: притяжения электронов к ядру, экраниравания одного электрона другимн, взаимного отталкивания электронов и обменного взаимодействия.
Во многих случаях изменение заряда ядра и числа электро~он влияют на совокупность указанных сил довольно сложным образом н это влияние нельзя описать какой-либо простой закономерностью. в ГЛАВА ЕВ вводныя овзаэ па пвгкходным олсмснтлм Щ Э!А!сНИТНЫЕ СВОЙСТПА ХНМИЧЕСНИХ СОЕДИНЕНИЙ 25,йз. Значение магнетизма в чссм$$$! переходкыл «педщптав Тпсясицо 2б 1 Основные тнгы магнетизма Вся няня ~ Энян . $ „ся 1 $! сомо!со Х$1 $1ссосн! к ! — ИОО $О- 1„. Дкачяснс !!1 $м Нара$$!$$ нт$$»м Заряд электрона Спин-орбитальное двнжаппе электронов охдельных атомов Кооператнаное взавмодедстнпе маспнтяых момен. зон осзелысыя атомов !!е зависит » Π— 1О !о з — ю' Ферром,п нвтп»м Зависит А$!» вфер$$ояса Г. пеп$зм Может ззвнсеть с В пасвпономеннн, ян молекулярные нлн конные неся соессолыос ВΠ— 1ООО хы-аос$сп!!ям снеоссь кя 1 моля нсысссяя, оаъяснепсы сн.
ня сер аз Существует несколько качественно различных видов магнетизма; кх основные признаки приведены в табл. 25 1. В последующих Мпа$ис соединения перехад$1ых элечеп1оз парамагпигпы, и зп,шптс»ьпая часть име!ощился представлении аб особенностях псргисдпых элементов основана иа сведениях об ил хыыцпных свойствах 111$$$$$$1у, прежде чем приступить л подробпотп обсуждению химии $к !к х$$,$1$$1х э»е»1ентав, следует рассыогрссь в,!жные для хи. О$1!и 1$р1!п11пша лы1п11пззса Н«ыакра1 ь$н$п и $ ьпе магнитные свойства вещества з конечноч гче$е1ю1,$гл$$11$1$ $! ь В1рпчес1 нчи свойства ми субаточных частиц, член!!ннню и чм1ю$ ппы 1йкла!ььх ыа!»$нтцые эффекты, возкикспо1ци«с $ в ! н1п и со! $,ю $яквцпл его частиц, примерно в 1ООО р$$ Гл ннн м1н1н ь$$ю, о6$$ пов и п$1ь$х е ил!роками, они обычно яе $ ывпап иоки ысн $щаы $$$»1$ $$$1к1 и! и ыцп!пы внченнях, существенныл $ хпмн к сыт 1оч! и Ч1е1п$м '.)$$$ щю11 щ ш $чиг, что химические ГВОП$1Н 1 1$(ПКХ $П $$ПЬ $Ь $П' $1Ч! с $1П1 С Я»1'Р11Ы»$ СЫ11П'1ИЗЧО»!.
ДОСта точпо $ ва»а$ь $ш ха ы1ц $!дориана лыпщп1о1о резонанса, играющего столь Важную ра»ь В химических пес»едоваииях. Однако сейчас интересны лишь свойства электронов и магнитные явления, обусловленные этими свойствамн. В дальнейшем будет видно, что магнитные свойства всякого вещества связаны с числом и распределением яеспарепиых эчектропов в его зтамзх и нои»х нспасрсдственпыын и точнькщ соотношениями разделах будет рассмотрен прежде всего ларамагнеи$ызм, Парамаг нитное вещество втягивается в магнитное паче с силой, пропорциональной произведенпю напряженности поля на его градиент.
Вообще лараыагиетизм обусловлен присутствием в веществе ионов, атомов нли молекул, имеющих неспареиные электроны. Каждая из этих частиц обладает опреде»епиым магнитным моментом, существующим в отсутствие внешнего магнитного поля. Диамагнип!ное вещество выталкивается из магнитного поля. Всякое вещество в какой-то мере обладаег этим свойством. Диамагнетизм обусловлен небольшими иидуцираваиными магнитными л!оментами, которые возникают в веществе, помещенном в магнитное поле, и не возникают в отсутствие внешнего магнитного поля. Такие индуцироваиные моменты направлены противоположно внешнему полю и поэтому приводят к выталкиванию вещества из магнитного поля, Наконец, существуют более сложные виды магнетизма, например ферромагнетизм и антиферромагнетизм, а также и некоторые другие, которые здесь рассмотрены не будут, 25.5. Ирссясъозссденпе магнитных моментов М,п пп $!и и ымик11ы, об!1 юп сои пьд $ н 1с $ рсл$,!»!!1, пыеюг чвояюае 1Ч$>$1$1ьхолс$$ цие Во первых, $с,$жд!1!!!о !.$роп ь,сс$ $ю ссбс язч$1е1ья магнитам.
С точки зрения доквсппо1юи ислщпц и электрон можно рассматривать как маленький шарик с атрица!ельиым зарядом, вращающийся вокруг своей оси. В соответствии с классической теорией злектромагнетизма вращение любого заряда вызывает появление магнитного момента. Во-вторых, электрон движется по замкнутому пути вокруг ядра и, опять-таки по классическим представлениям, при этом должен появиться такой же магнитный момент, как при протекании электрического тока по замкнутому проводнику, Магнитные свойства отдельного атома или иана определяются совокупностью обоих моментов, т. е. собственным спиновым моментом электрона н орбитальным моментом, возникающим засчетдвижения электрона вокруг ядра. Разумеется, описаннуюфизическую картину не следует понимать буквально, поскольку ана не согласуется с квантовомеханическими представлениями и не может служить основой для строгих количественных расчетов. Такая схема полезна лишь для предварительного качественного описания.
Магнитный момент атома, иона или молекулы обычно выражают в единицах, называемых магнетоном Бора или сокращенно рв. Мам!стон бора выражается через основные атомные постоянные следующим абразохп еь 1 !за=в чилы иводпып овзор по Он«входных! Олгмвнтлч 21 где е — заряд элен<рона, Ь вЂ” пос|ощпшя !1 | нка, щ — масса электрона н с — скоросм. соси М,|гпе|он Бора яе равен моченту одного электрона Вс <с~<О ми|с |«коц|рых особов«остен квантовой теория это соотнош|чп«нгско и кО * |ожнсе Магнн|нын момс«| Оп««О л нк|ро|ы р,, в кван|овон мсхапнке ОПРЕДЕЛИЕ|СЯ С |С И КИПНЛ| и |Р,! «|Ч (<|1 )= 1 ( — 1) (25 3) где л †.|<кое««| |! |наш«| !.пн| оного кваптово|о числа, а д— <<<ро сппи|н «чн и ~| пе, к!.<Орое чаще называю! просто ай фак|Ор» 1<|ли |«О ! 1,(; 1) равна спнновому ) гчовому моменту элек|рои ! и «! Оч Об!.,ыоч, есть отношение магнитного момента к мех,|нн «» ко ! ° оченгу, что согласуется с его названием Величина о л |н <! |по <ного электрона равна 2,00023, н обычно ее прнннм,цот р,шпон ' 00 По уравпенню (25 3) люжно вычислять спнповын лыгпп|пь«ч лент одного н<спаренного электрона Р,=2 )е Ю.
(е/з-( 1) — )' 3 =1,73 Рв Такнч образом. всякнн атом, нон нтн полек)ла, содержащне один песнаренный электрон (напрнмер, Н, Сна+, С!О„), за счет сшша электрона будут иметь магнитный момент, равный 1,73 (еи Как будет видно в дальнейшем, эта ве |нчпна может увеличиться нлн ) меныпнться за счет орбнтачыюй сос|авлюоплеи (.)п|ес|вукп ионы переходных чсталтов, содержащие один. два, трн н даже сечь неспаренных эчектроцов. Как указывалось а ра|д 18, спнновое квантовое число яона в целом 5 равно сумче снн«оных квантовых чисел (г=<(е) отдельных электронов Так, в ноас ма! |анна(!() пять неспарекпых эпек|ро| Ов, и ',гя него Я= — 5(' ) — ', а дтя иона гадолнпня(1П) с сечыо неспзренньм|к элек|ропамн 5 — 7(' х)=! Польмясь )р»<вненнел! (253) н подставляя В ПОГО Зпацеяпн 5 ПМЕЕ|О Ы МОЖНО ВЫ<НО»ятЬ МЩННГНЫй МОМЕПт, обуслов |еннып точь<,о спппоч электронов, так называемое «часто сппновое »наценке» момента я|я любого атома нлп иона, если для не<о н|вестно полное сонновое квантовое число 8 Чнсчовые чначеннп рз тлн всех Реально возможных сл)чаев пРиаедены в таба 252 В обоих )помян)тых выше прнл|ерах, Мпп и Слбп<, значения магннтных !<ох<оптов, паблютаел<ые эьспернмснгально, очень хорошо согласу<отся с чисто спнновымн значеннял<н, прнаедеппымн в табл 25 2 Однако в общем с,<учае моменты, определенные экспернментальпо, мог) г отличаться отчнсто спнновых значеннй, причем обычно экспернчептальные значения несколько вылив чисто спнновых Это обьясняегся тем чго орбитальное двнженне электрона также вносит некоторый вклад в магннтнын лючент Теория, позволнкнцая Таблица 25.2 Чисто санное| |е значения «агни»ими моне|поз Хчи разного ~О<сна неснлрснных анектронои »!»» О»»»и Рс»»ю»»»»к|асио» в кв ин |,7З 2,ЗЗ з,з7 4 зй 5,92 б,эз 7,Э4 !Е ! ! 2 |Е 3 и * Пслеастиие некоторых эффектов высшего норяхча и частности из эа кона.
иенского Характера связей четача — шнсанн. «но!да иаба|охаштсн неб<лэь<ш»е нгклоынин (и киска<»ко деснтых ри) от чисто сиииоаых значений момента определять величину орбитальной составляющей, довольно слож|ы и здесь б)д)т рассмотрены лишь вытекюошне нз нее практнческч пзж,ые вывод|! Пекоторые особые случая буд) г более подроббс<,<,ъ ы в «щ "ед<юшнл главах (например, на стр 288, 30! н 1 !с 11~ !«! л<ОО, 1|" <~,рн н «1«Ш|н,рл ! |, щ !.о|<р||л ос«О<О||О и! !«<~ ! ' ~<х|««ш н |<|««1! О|!.О! ~ л|«|щ»! Орбп ! ! О!«| О л<ык |! ! <|ж<.
|О| |! О<~к О|О<|«!» ! н «|н. |«ОООдпо|О !«н ! 1!оэтол<! ча| |о|мы|я 01»~ Рта |анап состаг |нющая ннч! |Оно щю«! н .<а<пч<нын мочек» к <рорч) за д |н чисто спи|оного зн гчепня ло;он|а оказыващся совершенно точной *. Чаще, однако, истречаю|ся ионы переходных металлов, у которых основными являют<я состояния 0 нлн г, обладающие угловым орбнтальпым моментом Из волновой мелапнкн след) ет, что если в тахнх ионах орбнтальпое двюкенне вносит полный вкчад в величину магнитного чомента, то эта величина равна рз е ! ~~( !) (25 4) где 7 — угловое орбитальное квантовое число данного иона В табч 253 сопоставчены экспернл<ентально полученные значепня магннгного л<о'<ента неьогорых ионов первого ряда переходных элементов с вычнсленнычн значеннпмн 1»в н Рв+е НетРУдно заметить, что наблюдаемые значения р, часто преавыц<а<от р, но редко достигают величины !! е Причина этого в том, что, как правило„ нзолпровапные иовы не существ»лот Электра»<еское поле атомов, попов ялн молекул, окружающих данный пон металла илн его сое- вводный ОБВОР по пеРеходнь|м элемеитхм '23 ,ГЛАИА Еи 7"еаииии 2Р,З Теоретинеские и экспериментальные эиэчеиия магнитных моа!еитов ионов иерекоио!ак ме(зивов (в месив|овен Бора, рв! Кнентоам несла О!'н «ого соссонннн Снентрос«о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
