13.8. Висновки

11. Основні терми атомів для яких характерний зв`язок визначається за допомогою емпіричних правил Хунда (Гунда).

12. Інтенсивність спектральних ліній залежить від коефіцієнтів Ейнштейна: спонтанних переходів і вимушених , (поглинання) (випромінювання). Коефіцієнт характеризує кількість спонтанних електронних переходів за одиницю часу, а – кількість вимушених переходів за одиницю часу, які створюються електромагнітним полем одиничної густини. Між ними існує зв’язок: і , де і - статистичні ваги (ступінь виродження) рівнів і .

13. Імовірність квантових переходів визначається золотим правилом Фермі. Його застосування до вимушених переходів встановлює зв’язок між коефіцієнтом вимушеного випромінювання Ейнштейна і матричним елементом дипольного моменту: , де .

14. Інтенсивності спектральних ліній зручно описувати за допомогою безрозмірної величини - сили осцилятора, де – коефіцієнт затухання спонтанного випромінювання гармонічного осцилятора.

15. Коефіцієнт ослаблення світла при його поглинанні залежить як від коефіцієнта Ейнштейна вимушеного перехода , так і від - відношення концентрації електронів на енергетичних рівнях та : . При великих рівнях збудження, коли , виникає інверсія населеності рівнів, внаслідок чого середовище підсилює світло, що проходить крізь нього.

16. Інверсія населеності використовується для створення лазерів - генераторів когерентного світла.

17. На ширину спектральних ліній (їхню монохроматичність) впливають три головних фактори: радіаційне затухання, ефект Доплера, зіткнення та взаємодія атомів.

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів. Теорія періодичної системи елементів д.І. Менделєєва

14.1. Послідовність заповнення електронних

Оболонок атомів

Видатний російський учений Д.І. Менделєєв (1834-1907), почесний професор (1880 р.) Київського університету св. Володимира емпірично відкрив періодичну залежність зміни властивостей елементів від їх атомної ваги. Ці властивості надзвичайно красиво наводяться у вигляді таблиці елементів Д.І. Менделєєва (рис.14.1).

Усі відомі елементи утворюють 8 вертикальних стовпчиків – груп елементів. Номер групи відповідає найвищій позитивній валентності елемента. Групи складаються з двох а і б підгруп. Наприклад, а-підгрупа лужних металів і б-підгрупа і або а–підгрупа і б-підгрупа галогенів. Елементи однієї підгрупи мають подібні властивості, але у залежності від того, у якій підгрупі вони знаходяться по різному змінюють свої властивості при збільшенні атомного номера . Так у а-підгрупі збільшення супроводжується збільшенням хімічної активності елементів, тоді як у б-підгрупі - навпаки зменшенням. Горизонтальні рядки таблиці називаються періодами й позначаються арабськими цифрами. Всередині кожного періоду спостерігається плавна зміна властивостей від активних металів до неметалів і інертних газів. У періодах, починаючи з 6-го, знаходяться близькі за властивостями групи з 14 елементів, які називаються лантаноїдами і актиноїдами

З розвитком атомної фізики стали відомі факти, які свідчать, що властивості атомів залежать від кількості електронів у його складі і їх розподілу між окремими оболонками атомів:

• атомний номер у періодичній системі елементів характеризує заряд ядра або кількість електронів в атомі;

• спостерігається чергування мультиплетності від парної до непарної при збільшенні ;

• властивості іонів подібні до властивостей атома з атомним номером на одиницю меншим.

Скористаємося тепер моделлю атомів, у якій знехтуємо спін-орбітальною взаємодією. У цьому випадку стаціонарний стан електрона в атомі визначається квантовими числами . Послідовність заповнення електронних станів атома визначається двома принципами:

• принципом виключення Паулі, згідно якого в атомі може бути лише один електрон із даним набором чотирьох квантових чисел;

• принципом мінімуму енергії, згідно якого при заданому числі електронів в атомі заповнюються стани з мінімальною енергією.

Вони допомагають знаходити розподіл електронів між електронними оболонками атома – станами з однаковими квантовими числами - головним і орбітальним , який називається електронною конфігурацією. Для раціонального наведення електронної конфігурації користуються відповідними квантовими числами , біля яких вказують кількість електронів на оболонці, наприклад, , тощо.

Спочатку повинні заповнюватись стани з найменшими квантовими числами, бо абсолютні значення енергії цих стаціонарних станів найбільші. Кількість станів при заданих квантових числах обмежена:

(1) у стані з 4-ма квантовими числами за принципом Паулі може знаходитись лише один електрон;

(2) у стані з 3-ма квантовими числами за принципом Паулі може знаходитись лише 2 електрони з різними магнітними спіновими числами

(3) на оболонці - стані із двома квантовими числами знаходиться електронів. Залежно від квантового числа  оболонки називаються На кожній з оболонок може бути скінченне число електронів, яке визначається кількістю можливих значень магнітного орбітального числа та магнітного спінового числа . Максимально кількість станів на оболонках та їхня електронна конфігурація наведені в таблиці 14.1.

Таблиця 14.1. Максимальна кількість електронів на оболонках

	0	1	2	3	4
Оболонка	s	p	d	F	g
максимальна кількість станів	2	6	10	14	18
електронна конфігурація заповненої оболонки	s2	p6	d10	f14	g18

Повністю заповненим оболонкам відповідають нульові значення сумарних орбітальних і спінових моментів Тому при визначенні термів для незаповнених оболонок усі повністю заповнені електронами оболонки атома можна не враховувати.

(4) При даному може бути станів із різними квантовими числами , бо

.

Електронний стан із головним квантовим числом називається шаром. У таблиці 14.2 наведені значення максимальної кількості станів у шарах.

Таблиця 14.2. Максимальна кількість електронів у шарі

N	1	2	3	4	5
назва шару	K	L	M	N	O
Кількість станів 2n2	2	8	18	32	50

З таблиці 14.2 видно, що найбільша кількість електронів на шарі з даним значенням головного квантового числа може збігатися з кількістю елементів у періодах періодичної системи елементів, принаймні, при малих . Тому ймовірно, що періодичність властивостей елементів зі зміною атомного номера може бути зв’язана з періодичною зміною заповнення електронних оболонок при зростанні .