* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

315 на два очень близких подуровня наблюдает­ ся (по методу магнитного резонанса в атом­ ных пучках, см. Радиоспектроскопия) для основного уровня А. водорода (n = 1, I = О, / ) и обусловлено взаимодействием пол­ ного электронного момента А. со спиновым моментом протона, определяемым квантовым числом J — /-2. При переходе между этими подуровнями возникает излучение с длиной волны X = 21 см, наблюдаемое для межзвезд­ ного водорода методами радиоастрономии. 2 1 ATOM п 1 1 0 2s 2 0 3 1 BP 316 4 2 3d 0 1 2 4d 3 4/ • • Обозначения элект­ ронов и оболочек Is Число электронов 2 2р 3s 2 4s 4р 2+ 6 =8 4- 6 4 10 = 18 2 + 64- 104- 14 = 32 . . f Теория сложных атомов. Теория сложных атомов, содержащих два или большее число электронов, прин­ ципиально обличается от теории А. водорода вследст­ вие наличия в сложном А. взаимодействующих друг с другом одинаковых частиц — электронов. Между электронами имеются электростатич. взаимодейст­ вия — взаимное отталкивание по закону Кулона — и магнитные взаимодействия, связанные с магнитными моментами (спиновыми и орбитальными) электронов. Электростатич. взаимодействия велики по сравнению с магнитными, и их учет весьма существенен при рас­ смотрении строения сложных атомов; отталкивание между электронами уменьшает прочность связи элект­ ронов в А., напр. для нейтрального А. гелия в основ­ ном состоянии из-за отталкивания между двумя элект­ ронами энергия отрыва одного из них равна Е (К )^ = 24,58 эв вместо Е (Не ) = 54,40 эв, необходимой для отрыва единственного электрона в ионе гелия. Чрезвычайно важную роль для электронов в А. иг­ рают их свойства как одинаковых (тождественных) частиц, подчиняющихся квантовой статистике Фер­ ми — Дирака, с к-рой связан Паули принцип. Согласно этому принципу, в системе электронов не может быть двух электронов в одинаковых квантовых состояниях, что для сложного А. приводит к образованию элект­ ронных оболочек, заполняющихся строго определен­ ными числами электронов. В строгой квантовомеханич. теории имеет смысл говорить (учитывая неразличимость взаимодействую­ щих между собой тождественных электронов) только о состояниях А. в целом. Однако приближенно можно рассматривать состояния отдельных электронов&в слож­ ном А. и характеризовать каждый из них совокупно­ стью четырех квантовых чисел п, I , т и т , аналогич­ ных квантовым числам А. водорода. При этом энергия электрона оказывается зависящей не только от и, как в А. водорода, но и от I; от m и m она по-прежнему (для свободного атома) не зависит. Электроны с дан­ ными п и I в сложном А. энергетически эквивалентны— они обладают одинаковой энергией и образуют опре­ деленную э л е к т р о н н у ю о б о л о ч к у ; их называют эквивалентными электронами. Т. к. в силу принципа Паули любые два электрона не могут нахо­ диться в одинаковых состояниях, то они должны отличаться хотя бы одним из четырех квантовых чисел п, I , т , т^; для определенной электронной оболочки, е И0Н + ион 1 { { По распределению электронной плотности наиболее внутренним является слой с п = 1 (ЛГ-слой), затем идут слои с п = 2, Я, 4, 5, 6, ... (L-, М-, О-, Р-слои). В данном слое электронные оболочки с меньшим I характеризуются большей электронной плотностью вблизи ядра. От распределения электронной плот­ ности зависит прочность связи электрона в А.: чем ближе к ядру концентрируется электронная плотность, тем прочнее связан электрон. Прочность связи возра­ стает с уменьшением п, а при данном п — с уменьше­ нием I . Энергию электрона в сложном А. можно предста­ вить, аналогично ф-ле (2), в виде: •nl hcR Z»a = — hcR . „ ( -°nt) П2 z 2 = - 13,60 (5) где вместо действительного заряда ядра (в единицах е) входит эффективный заряд Z* = Z — о , а о — т. н. п о с т о я н н а я экранирования, характеризующая уменьшение силы притяжения элек­ трона ядром из-за экранирования заряда ядра элект­ ронным облаком, образованным остальными электро­ нами (в первую очередь более внутренними). п1 п1 т. е; при заданных п и I , должны отличаться пары значений m , т , Число таких пар значений, g = = 2 (21 + 1) (равное . числу различных состояний электрона с заданными п и / , т. е. степени вырожде­ ния уровня энергии такого электрона), дает число электронов, заполняющих данную оболочку. Напр., при I 0 возможны 2 комбинации значении т, и т (т 0, т И т, = 0, т = — / ) , при I = 1 возможны 6 комбинации (т = 1,0, —1 при Ы> — при / = 2 —10 комбинаций (т — = 2, 1, 0 , - 1 , - 2 при m = / — / ) ; соответ­ ственно оболочки s (I ~ 0), р (I = 1) и d (I — 2) заполняются 2, 6 и 10 электронами. Электроны с данным п образуют электронный слой, к-рый состоит из п оболочек с i = 0, 1, п—1и заполняется 2n электронами. Получаются слои t l г 2 1 m = 1 s { 1 1 s 2f 2 s При этом предполагается, что полное электрич. поле ядра и остальных электронов, действующее на данный электрон, обладает сферич. симметрией, как и кулоновское поле одного ядра в одноэлектронном А., характеризуемое потенциальной 7е энергией U = — — ; для сложного А. надо положить, что U г также является функцией только от расстояния г электрона от ядра, однако эта функция U = U (г) будет изменяться у ж е не обратно пропорционально г, а более сложным образом (т. е. электрон движется в сферически симметричном, но некулоновском поле). Квантование орбитального механич. момента связано именно со сферич. симметрией электрич. поля и по­ этому квантовое число I сохраняет свой смысл; квантовое число п нумерует, согласно (5), последовательные уровни энергии с данным I. Определение энергии сложных А. и усредненных нолей, действующих на данный электрон со стороны остальных электронов, возможно на основе различных приближенных методов расчета А. В методе Томаса — Ферми электроны в А. рассматриваются как электронный газ, подчиняющийся кван­ товой статистике Ферми — Дирака; согласно этому методу, получается электронная плотность, монотонно убывающая с увеличением расстояния от ядра. В квантовомеханич. ме­ тоде Хартри (методе самосогласованного поля, 1928) решается система уравнений для движения электрона в усредненном поле остальных электронов, получающееся распределение электронной плотности отражает структуру электронных оболочек; уточнением этого метода является метод В. А. Фока (метод самосогласованного поля с обменом, 1930), в к-ром учи­ тывается одинаковость электронов и к-рый является в настоя­ щее-время лучшим приближенвым методом квантовомеханич. расчета сложных атомов. 2 С увеличением п и / постоянные экранирования о увеличиваются, в соответствии с ростом экранирова­ ния более внешних электронов более внутренними, что приводит к уменьшению, при заданном Z, эффек­ тивного заряда Z* = Z — а . Т. к. с увеличением п в (5) не только увеличивается п , но и уменьшается Z*, то прочность связи электрона (равная —Е ) как функция п для сложного А. убывает быстрее, чем для А. водорода. Для наиболее 1яжелых А. энергия связи самых внутренних электронов порядка 100000 &в, а энергия связи самых внешних электронов порядка нескольких эв. п1 п1 2 п1 О б ъ я с н е н и е периодичности свойств элементов на основе теории строения а т о м а . Рассматривая последо­ вательное заполнение электронных слоев и оболочек,