ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Ближайшее рассмотрение этого поразительного на первый взгляд факта показывает, что он находит естественное объяснение и во всяком случае может быть понят на основании принципа соответствия. Легко видеть, что между обоими процессами связывания электрона существует большое различие, отчётливо проявляющееся при изучении последних стадий процесса. Рассматривая орбиты ортогелия, в котором оба электрона движутся в одной плоскости, мы видим, что орбита внешнего электрона имеет тот же характер, что и орбита электрона, движущегося в простом силовом поле, обладающем центральной симметрией: наличие переходов должно быть непосредственно связано поэтому со свойствами движения внешнего электрона. Но всё это действительно лишь до тех пор, пока мы ограничиваемся орбитами с главным квантовым числом 𝑛, бо́льшим 1; ближайшее исследование показывает, что связанный класс движений, к которому принадлежат орбиты ортогелия, не содержит орбиты 11. Если мы тем не менее настаиваем на существовании состояния, в котором оба электрона движутся по 11-орбите в той же плоскости, то нет другой возможности (при условии, что движение сохраняет необходимые для определения стационарного состояния периодические свойства), кроме предположения, что оба электрона движутся по одной и той же круговой орбите вокруг ядра, находясь в каждый данный момент на концах диаметра. Эта простейшая «круговая конфигурация» должна бы соответствовать, как показывает формальное применение квантовой теории, самой сильной связи в атоме, и потому она была предложена мной в первой работе о строении атома как модель атома гелия. Однако, если нас интересует вопрос о возможности перехода из какого-либо состояния ортогелия в состояние с круговой конфигурацией, то мы встретимся с соотношениями, совершенно отличными от тех, которые имеются при переходах из одного состояния ортогелия в другое. Для перехода атома из такого состояния, в котором последний присоединённый электрон движется вокруг первого, в состояние, где движение обоих электронов вокруг ядра одинаково, мы не можем себе представить такого ряда простых промежуточных форм орбит для обоих электронов, при котором движение последнего связанного электрона было бы настолько похоже на центральное движение, чтобы можно было говорить о соответствии искомого типа. Поэтому приходится предполагать, что последний присоединённый электрон в том случае, когда оба электрона движутся в одной плоскости, связан не сильнее, чем на 21-орбите. С другой стороны, рассматривая процесс связывания, сопровождаемый излучением со спектром парагелия, при котором электроны в стационарных состояниях движутся в плоскостях, образующих некоторый угол одна с другой, мы встречаемся с существенно отличными соотношениями. Здесь нет нужды в коренном изменении взаимодействия первого и второго электронов для сохранения равноправности их движений; поэтому мы можем представлять себе, что последняя стадия процесса связывания протекает так же, как и предыдущие стадии, которым соответствуют переходы между орбитами, характеризуемыми большими значениями квантовых чисел 𝑛 и 𝑘.

Нужно думать, что в нормальном состоянии атома гелия оба электрона движутся по эквивалентным 11-орбитам. В первом приближении эти орбиты могут рассматриваться как окружности, плоскости которых образуют угол в 120°, в согласии с условием, которое в квантовой теории накладывается на момент импульса атома. Вследствие взаимодействия электронов орбиты медленно вращаются вокруг фиксированной оси импульса.

Недавно Кэмбл, исходя из положений, существенно отличных от тех, которые развиты выше, предложил аналогичную модель атома гелия. Что касается тонких взаимодействий электронов, он указал на возможность движения с ясно выраженной симметрией такого типа, что электроны во всё время их движения занимают симметричные положения относительно фиксированной оси. Однако Кэмбл не исследовал это движение более подробно математически. Ещё до появления этой работы д-р Крамерс начал точные расчёты именно этого типа движения, предполагая учесть, таким образом, прочность связи электронов в атоме гелия, которая может быть измерена так называемым ионизационным потенциалом. Более ранние измерения этого потенциала приводили к значению, которое можно ожидать для описанной выше круговой конфигурации электронов. Работа, необходимая для удаления электрона, в этом случае равна 17/8 работы, которая требуется для удаления электрона из атома водорода в нормальном состоянии. Теоретическое значение этой последней работы, которую мы будем обозначать через 𝑊𝐻, соответствует ионизационному потенциалу, равному 13,53 эв; следовательно, для кольцевой модели гелия нужно ожидать ионизационного потенциала в 28,8 эв. Новые, более точные измерения ионизационного потенциала дали значение, значительно меньшее, близкое к 25 эв. Уже одно это обстоятельство независимо от изложенных выше соображений делает совершенно неприемлемой кольцевую конфигурацию электронов гелия в нормальном состоянии. Точное исследование пространственной конфигурации электронов в отличие от соотношений при этой конфигурации требует больших вычислений, ещё незаконченных Крамерсом. В том приближении, в котором эти вычисления были выполнены до настоящего времени, они заставляют надеяться на согласие с опытными результатами. Окончательный результат представит значительный интерес, так как он даст возможность проверить на простейшем мыслимом примере те исходные пункты, с помощью которых делается попытка установить стационарные состояния атомов с числом электронов, большим одного.

Водород и гелий образуют первый период периодической системы элементов, как ясно из таблицы на стр. 326. Гелий— первый благородный газ. Большое различие в химических свойствах водорода и гелия определяется разницей в прочности и типе электронной связи, о которой мы знаем из исследования спектров и ионизационных потенциалов и которая, по-видимому, вполне учитывается квантовой теорией. Гелий обладает наивысшим ионизационным потенциалом изо всех элементов; с другой стороны, в атоме водорода электрон связан настолько слабо, что мы в состоянии понять склонность водорода в водных растворах и химических соединениях становиться положительным ионом. Детальное рассмотрение этого вопроса требует, однако, сравнения типа и прочности электронных конфигураций атомов других элементов.

Переходя теперь к рассмотрению строения атомов веществ, содержащих в нейтральном состоянии более двух электронов, мы предположим, во-первых, что всё сказанное об образовании атома гелия справедливо в основных чертах для присоединения и связывания двух первых электронов всякого атома. Мы предполагаем, следовательно, что в нормальном состоянии атома эти электроны движутся по эквивалентным орбитам, обозначаемым 11. Исследуя спектр лития, мы получаем непосредственные сведения о связывании третьего электрона. Этот спектр указывает на существование некоторого числа рядов стационарных состояний, в которых прочность связи последнего присоединённого электрона почти та же, что и при образовании атома водорода. Кроме этих рядов стационарных состояний, для которых 𝑘 ≥ 2 и в которых третий электрон движется вне области движения первых двух электронов, спектр лития указывает ещё на ряд состояний, для которых 𝑘 = 1 и энергия значительно отличается от энергии соответствующих состояний атома водорода. К числу таких состояний принадлежит и нормальное состояние атома, как это явствует из опытов по поглощению света парами лития. В этих состояниях последний присоединённый электрон приближается один раз за время своего оборота к ядру на расстояние порядка размеров орбит первых двух электронов, хотя, быть может, в большей части своего пути он и находится на больших расстояниях от ядра. На основании этого электрон в таких состояниях связан значительно сильнее, чем в атоме водорода в стационарных состояниях с тем же значением 𝑛 В нормальном состоянии, где, как это явствует из спектра, работа, требующаяся для удаления электрона из атома, составляет всего 0,396𝑊𝐻 (𝑊𝐻 — ионизационный потенциал водорода), электрон движется по 21-орбите; при этом связь приблизительно в полтора раза сильнее, чем в случае водородного электрона, находящегося на 21-орбите, где работа, необходимая для удаления электрона, равна 0,25𝑊𝐻. Переход из состояний, указываемых спектром лития, в состояние, характеризуемое движением третьего электрона на 11-орбите, исключается на основании аргументов, аналогичных тем, с которыми мы встретились при интерпретации метастабильного состояния гелия. Ближайшее исследование возможных движений показывает следующее. Переход, который должен привести к стационарному состоянию атома с третьим электроном, как равноправным участником во взаимоотношениях всех трёх электронов лития, был бы совершенно иного типа, чем переходы, сопровождающиеся излучением действительного спектра лития; в противоположность этим последним переходам в предполагаемом процессе не было бы соответствия гармоническим компонентам движения атома. Мы получаем, таким образом, картину образования и строения атома лития, которая даёт естественное объяснение большим отличиям химических свойств лития от гелия и водорода. Мы имеем основание для понимания того, что связь последнего присоединённого электрона в атоме лития примерно в пять раз слабее, чем связь электронов в гелии, и более чем в два раза слабее, чем в водороде.

113
{"b":"569101","o":1}