У ртути полностью заполнены оболочки К, L, И и N, из оболочки О замещены орбиты 5.9, и 5р, из оболочки Р~ орбиты 6.9.
Э. того лее VI периода от Т1 до эманации нитона) аналогичны Э. от In до X; в их атомах новые электроны замещают орнты 6р:
П=6, 1=1. е=/.,. Ш=Ч S
~3А 1Т1, Рb, Bi,
м=О, Z=l, j= Vo. m=3/2j i po, 85, Em.
В атоме эманация, заканчивающей собою VI период .менделеевской системы, далеко не заполнены все орбиты с п=6 и с и=5, тем не менее при переходе к VII периоду мы должны приписать последнему электрону п=1: п=7, I=0, j=V«, w=Ч - 3/2 № .87, Ra.
Э. №87 неизвестен, но радий—аналог бария—говорит за правильность указанной концепции. В атомах дальнейших Э.можно ожидать замещения орбит bf и М, след., можно ожидать группу Э., аналогичных лантанидам. Однако, из скудных опытных данных следует, что в атомах актиния, тория, протоактиния и урана начинается достройка шестиквантовой группы: п=6, 2=2, j=8/„, т -/ V -Ч -3/2 Ac, Th, Ра, U,
след., вплоть до урана отсутствуют аналоги Э. редких земель.
Парные и непарные электроны и валентность. Можно несколько иначе использовать введенные нами квантовые числа, а именно: отказаться от вектора j и взамен его пользоваться моментом вращения электрона s. В этом случае мы принимаем, что магнитное число т может иметь значения, отличающиеся на единицу и лежащие между + 2 и — 2: т=2, 2 — 1, 2 — 2, -/(7—1),~2. По этой схеме, при п.=1,2=0, т=О, a s=или + Vsf или — Vs- У гелия два электрона в нормальном состоянииатома исчерпывают обе возможности для s и образуют так называемую А- оболочку в атомах. Вращающийся электрон представляет собою магнитик, два электрона с s=1/2 и с s=— антипараллельны, действия их элиминируются, их равнодействующая равна нулю. Два электрона с одинаковыми значениями и, I и т, но разнящиеся, значениями s, называются парными, или согласующимися, электронами. Если в двух атомах имеется по электрону, которые вместе могут составить парное сочетание, то такие атомы могут соединиться химически, другими словами: химическая связь обусловливается парным сочетанием согласующихся электронов, находящихся в различных атомах в качестве непарных (Лондон, 1927). Два электрона гелия (в нормальном состоянии) — согласующиеся, отсюда .вытекает химическая инертность гелия.
По этой схеме для п=2 возможны следующие комбинации:
п=2, 1=0, т = О, п=2, 2=1, т=1, 0, — 1, причем каждая комбинация может быть двоякой с s=-f- Чч и с s=— Vs- След., с п=2 возможны 8 электронов, удовлетворяющих принципу Паули, что и отвечает 8 Э. второго периода системы Менделеева.
У лития 3 электрона, два из них находятся в гелиевой группировке (оболочке К), третий же занимает в нормальном состоянии орбиту 25 (рисунок 4). Как видно из рисунка, эта орбита резко отличается от орбит 15; третий электрон легко отщепляется, образовавшийся ион Li имеет гелиевую обо лочку. У бериллия два электрона занимают орбиты 25, у остальных Э. новые электроны занимают орбиты 3р (рисунок 4). Две орбиты 25 и 6 орбит 3р образуют у неона замкнутую группировку или -оболочку L.
По теории Лондона у фтора из 7 электронов с п=2 шесть электронов должны быть парными, согласующимися, и только один остается непарным, чем обусловливается одновалентность фтора. У кислорода могут быть два электрона непарными, что и вызывает двувалентность его.
Для и=3 возможны следующие комбинации:
I=0, т=О 1=1, т=1, 0, ~ 1 г=2, т=2, 1, О, — 1, — 2, причем каждая комбинация сочетается с 5=4-1/« и с=— Vo. След., в третьей оболочке М (п ~ 3) возможны орбиты: две 35, шесть Зр и 10—Ы (рисунок 4). Анализ спектров показывает, что в атоме аргона заняты орбиты 35 и 3р и что результирующие его векторы исчезают.
С точки зрения теории Лондона в третьем периоде до восьми электронов могут быть непарными. Если у данного атома (наир.. хлора) все 7 периферических электронов непарны, то валентность его равна 7; если два из них парных, то валентность становится равной 7—2=5; если четыре электрона парные, то валентность 7 — 4=8 и так далее У серы шесть периферических электронов, по этой теории валентность серы и может быть равной 6, 4 и 2. Таким путем можно подойти к объяснению, хотя и неполному, валентностей и у остальных Э.
Мультиплетность и валентность. Следя за характеристиками отдельных электронов атома, молено по мысли Бора объяснить всю периодическую систему Э. Менделеева и устранить те многочисленные недоразумения, которые возникали при чисто химическом подходе к ней. Но как ни велик этот успех, все же он является только первым шагом в теории атома. Основная задача этой теории — объяснение свойств Э. на основании его электронной структуры в целом. К решению этой сложной задачи наука идет двумя путями: опытным изучением и расшифровкой спектров (не только атомов и ионов различной знач-ности, но и молекул) и теоретическим путем (квантовая и волновая механика).
Известно, что большинство спектральных линий в сильных приборах оказывается группами из 2, 8 и более близко расположенных линий; это явление носит название мультиплетпости спектров (смотрите ХЫ,ч. 4,62 сл.). Для ее объяснения надо рассматривать атом в целом, то есть надо знать результирующие векторы всех внешних электронов, составляющих атом. В простейшем слу- i
чае щелочных металлов мы знаем, что ионы их имеют электронную группировку инертных газов, т.-е, результирующие моменты у них сходят нанет. След., результирующие моменты I, s, j всего атома щелочного металла совпадают с таковыми последнего (самого внешнего) электрона. Последний электрон в атоме всякого щелочного металла, если атом находится в нормальном состоянии, занимает орбиту ns (и — главное квантовое число, 5—означает, что /=0;; если же атом возбужден. то этот электрон может занять любую высшую орбиту; при перескоке с высшей орбиты на одну из низших, атом дает излучение, обнаруживаемое спектральной линией- Каждой орбите отвечает своя энергия атома, свой энергетический уровень; если энергии атома, отвечающие двум орбитам, суть щ и mv, то излучаемая энергия, проявляющаяся в виде спектральной линии, по закону Бора:
ег2
h=и — ил. или — -j-,
где /г— постоянная Планка, и —частота
И
излучения; выражение ~у называется термом.
Вместо того, чтобы рисовать орбиты, принято условно изображать уровни энергии атома так, как показано на рисунке 7, где нижняя линия представляет
J я
--- о ц 5
35
3 Рь Spk
3dk
3d
2S
1 3
2 % » 2 л
02
Рисунок
орбиту с наименьшей энергией (терм на языке спектроскопии) Is,s («=1 /,=о. j=!п числу и —2 отвечают триуровня (терма): 2.91/а (п=2, I=0, j=Vs), 2pi/s (7/=2, 1=1, j=Vo) и 2ул/з (n =2, г=l, i=s/2) и т“ Д
Энергетические уровни, различающиеся только значениями j, близки друг к другу; если электроны перескакивают С уровней <Pv3,3/2 На тополучаются спектральные линии весьма близкие, разлагающиеся на компоненты только в сильных приборах; такие линии называются дублетными. Но электрон может перескакивать с высших не только на орбиты ns, но и на любые другие, ниже лежащие, например е орбит Ы на 2р; орбит Ы две: ЗгДп/ч равным образом и орбит 2р две: 2р Л след., возможны четыре близких спектральных линии: ~
2р3 - 3г/,(, 2ущ - 3tfo/ ;
однако, в силу правила отбора{найденного эмпирически и подтвер- 2Р, жденного волновой механикой) реальны только те перескоки электро-
нов, у которых А/=0 или± 1; след., линия 3<fc/9 ~~ 2v3 не реализуется, и таким образом линия 2р — Ы расщепляется на 3 линии; тем не менее, и эти линии носят название дублетных, так как мультиплет-ность спектров определяется не числом линий в группе, а тем, что 5 их термы являются двойными, тройными и так далее
Таким образом, щелочные металлы характеризуются дублетным характером своих спектров. Если самых внешних электронов несколько, то векторы их складываются: I=SI if ss t и /= l -f- s=геометрической сумме результирующих векторов / и s, причем они складываются так, что возможны следующие значения у целого атома:
y=(Z-f-s), (Z-j-s— 1),(Z — s —1),
(/-«),
то есть число значений у равно х=2+1 при Z > s.
В случае атома гелия имеем два электрона Пусть один остается на орбите is, другой при возбуждении атома может занять любую орбиту. Так как. Z3=0,to результирующий вектор атома совпадает с вектором L. Результирующий же векточ s =52=2/ можетпринять два значения ®=и и s=i. В первом случае, когда s=0, возможны уровни:
I=0, у=О 1=1, j=l 1=2, j — 2.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Электроны с = 4 образуют оболочку N
