ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Возникает вопрос: как мы должны представлять себе образование группы электронов на трёхквантовых орбитах. По аналогии со строением электронной группы на двухквантовых орбитах можно было бы на первый взгляд ожидать, что законченная группа трёхквантовых орбит состоит из трёх подгрупп по 4 электрона, расположенных на орбитах типов 31, 32 и 33; общее число электронов 12 вместо 18, как это необходимо предположить для понимания свойств элементов. Более детальное рассмотрение показывает ошибочность такого предположения. Устойчивость конфигурации из 8 электронов на двухквантовых орбитах в неоне объясняется не только симметрией электронных подгрупп, состоящих из электронов на 21- и 22-орбитах, но также возможностью привести орбиты этих подгрупп в гармонические отношения относительно друг друга. В электронных группах с трёхквантовыми орбитами дело обстоит иначе: три подгруппы по четыре орбиты не могут быть столь же просто приведены во взаимодействие. Наоборот, захват электронов на 33-орбиты нарушает гармонию конфигурации орбит двух первых подгрупп и их взаимодействия; такое нарушение произойдет во всяком случае, когда с ростом атомного номера мы дойдём до того пункта, где 19-й электрон связан уже не столь слабо по сравнению с ранее связанными электронами на трёхквантовых орбитах, как в атоме скандия, но втягивается в глубь атома, так что Движется главным образом в области внутренних электронов. Нужно думать, что это уменьшение гармонии «открывает», так сказать, ранее «замкнутую» конфигурацию электронов на 31-и 32- орбитах, вследствие чего становится возможным связывание дальнейших электронов такого типа. Что касается конечного результата, то число 18 указывает на образование группы из трёх подгрупп по 6 электронов. Хотя до сих пор невозможно проследить шаг за шагом образование этой группы, тем не менее наше заключение довольно интересно подтверждается тем, что три конфигурации, каждая из 6 электронных орбит, могут быть чрезвычайно просто ориентированы одна относительно другой. Эта конфигурация подгрупп не обладает, однако, тетраэдрической симметрией, как группы двухквантовых орбит углерода; здесь симметрия может быть названа тригональной.

Несмотря на большое различие в свойствах рассматриваемых элементов, можно сказать при более подробном изучении, что завершение группы из 18 электронов в трёхквантовых орбитах проявляется почти так же, как и завершение группы двухквантовых орбит. Мы видим, что эта завершённость определяет не только неактивность неона, но также электроотрицательные свойства предыдущих и электроположительные свойства последующих элементов. Отсутствие благородного газа с внешней группой из 18 электронов на трёхквантовых орбитах объясняется просто тем, что размеры 32-орбиты много больше, чем размеры 22-орбиты, устанавливающейся под влиянием того же силового поля. Следствием этого является то, что трёхквантовая группа не может служить внешней группой нейтрального атома, но появится только в положительно заряженном ионе. В характерном уменьшении валентности меди по сравнению с предшествующими элементами, сказывающемся в появлении ионов меди, мы усматриваем стремление к завершению симметричной электронной конфигурации, что ясно выражено в электроотрицательной валентности таких веществ, как фтор. То, что ионы меди действительно представляют собой заполненную группу трёхквантовых орбит, непосредственно подтверждается спектром меди. В противоположность большой сложности спектров предшествующих элементов, являющейся следствием несимметричного характера внутренней системы, дуговой спектр меди по своему типу близок к спектру натрия. Это сходство, несомненно, нужно приписать тому обстоятельству, что ион меди, подобно иону натрия, обладает простой симметричной структурой. Различие строения внешних электронных групп этих ионов сказывается, однако, в значительной разнице спектральных термов, точно так же, как и в величине дублетного расщепления в 𝑃-термах спектров меди и натрия. С другой стороны, соединения меди показывают, что группа трёхквантовых орбит меди не обладает прочностью связи двухквантовой группы натрия. Только в следующем элементе — цинке, являющемся двухвалентным, электроны трёхквантовой группы настолько сильно связаны, что они не отщепляются при обычных химических процессах.

Развитые выше представления об образовании и строении элементов четвертого периода не только позволяют понять в общих чертах их химические и спектральные свойства, но подтверждаются рассмотрением характерных особенностей другого типа. Как известно, элементы четвертого периода отличаются в различных отношениях от элементов предыдущих периодов, а именно: частично магнитными свойствами, частично своеобразной окраской соединений. Конечно, парамагнетизмом и окраской обладают элементы и предыдущих периодов, однако не в соединениях, где их атомы являются ионами. Многие элементы четвертого периода обладают даже в диссоциированных водных растворах ясно выраженными парамагнитными свойствами и характерной окраской. Значение этих факторов подчёркнуто, между прочим, Ладенбургом в связи с его соображениями о свойствах элементов в периодической системе, о которых мы говорили выше (стр. 328). Лэнгмюр для объяснения различия между четвертым и предшествующими периодами системы элементов предполагает, что кроме слоёв по 8 электронов, которые служили для истолкования свойств предшествующих периодов, существует ещё слой, в котором могут поместиться 18 электронов; этот слой целиком заполняется только в криптоне, последнем элементе четвертого периода. В отличие от Лэнгмюра Ладенбург представляет себе, что в четвертом периоде, по некоторой, точно не выясненной причине, между внутренней электронной конфигурацией, появляющейся уже у аргона, и внешней группой валентных электронов образуется некоторый «промежуточный слой», образование которого начинается у скандия и завершается в конце «семейства железа». В качестве подтверждения этой гипотезы Ладенбург приводит не только химические свойства элементов четвертого периода; он указывает также, что парамагнетизм и окраска возникают как раз у элементов, в атомах которых постепенно развивается указанный промежуточный слой. Мы видим, что между точкой зрения Ладенбурга на возникновение четвертого периода системы элементов и нашими соображениями имеется некоторое формальное сходство. Эти соображения как раз и дают возможность понять гипотезу Ладенбурга на основании непосредственного рассмотрения условий образования атома.

Что касается магнитных свойств, то обычные электродинамические представления не дают нам достаточного основания для объяснения атомного магнетизма. Этому не приходится удивляться, если вспомнить, что те же представления не могут объяснить также явлений излучения, обусловленных тесным взаимодействием электрических и магнитных сил, возникающих при движении электронов. Независимо от того, как разрешится это затруднение, можно сделать вероятную гипотезу о том, что появление магнетизма у элементов четвертого периода периодической системы связано с отсутствием симметрии во внутреннем строении атома. Благодаря этому магнитные силы, возникающие при движении электронов, не могут образовать системы силовых линий, замкнутых в самом атоме. В отличие от элементов предшествующих периодов, положительные или отрицательные ионы которых обладают ясно выраженной симметрией, в веществах четвертого периода атомы содержат электроны на трёхквантовых орбитах в переходной стадии между симметричной конфигурацией 8 и 18 электронов; поэтому ионы обладают несимметричной электронной конфигурацией. Как подчеркнул Коссель, экспериментальные данные чрезвычайно просты; ионы соответствующих элементов с равным числом электронов имеют один и тот же магнитный момент. В соответствии с предположениями о строении меди и цинка опыт показывает, что магнетизм исчезает как раз для ионов с 28 электронами, где, как мы уже указывали, существует законченная группа трёхквантовых орбит. В целом анализ магнитных свойств элементов четвертого периода оставляет живое впечатление о существовании здесь некоторой «раны» в очень симметричном в остальном строении атома; при последовательном переходе от одного элемента к другому мы становимся свидетелями возникновения и «залечивания» этой раны. Можно надеяться, что более детальное исследование магнетизма даст в руки путеводную нить для более глубокого понимания процесса постепенного развития электронной группы трёхквантовых орбит.

117
{"b":"569101","o":1}