книги из ГПНТБ / Столярчук В.Г. Строение атома и периодическая система элементов Д. И. Менделеева

-

65 -

ценная

запись

имеет

вид

п t\п

.

Например, имеетс я

три

Зр

- о р б и т а л и ,

соответствующие

fWea

+ 1 , 0

и - I (пр и

Я

- 3 .

ё - I ) .

Существование таких орбиталей подтверждается опытными

данными,

полученными

из

атомных

с п е к т р о в .

Электронные

п е р е ­

ходы с

одной

орбитали

на другую

( т . е . на у р о в е н ь

о

другой

энергией )

сопровождаются

поглощением

( е с л и электро н

п е р е ­

ходит

на

о р б и т а д ь с

б о л е е

высокой

энергией )

или

и с п у с к а н и ­

ем

( е с л и

электрон

переходи т

на

орбитяль

с б о л е е

низкой

энергией )

и з л у ч е н и я ,

ч а с т о т а

которого

^

с в я з а н а с

р а з н о ­

с т ь ю анергий орбиталей выражением

uE~h\)

Главные линии в

атомных

с п е к т р а х

с о о т в е т с т в у ю т

большим .

р а з н о с т я м энергий и обусловлены электронными

переходами

меж­

ду

уровнями

с

различными

значениями

п

.

Переходя

между

у р о в ­

нями с

одинаковыми.

Ц

,

но различными

£

(

$

,

Р

,

d

•

)

приводят

к появлению

тонкой

отруктуры

основных

л и н и й ,

т а к ' к а к разным

значениям

соответствую т

небольшие

различия в

э н е р г и я х .

Эта

тонкая

с т р у к т у р а

с в и д е т е л ь с т в у е т

о д е й с т в и и

к в а н т о в о ­

г о

числа

ё

. Экспериментальным

д о х а з а т е л ь с т в о и

с у щ е с т в о ­

вания

к в а н т о в о г о числа

W

g я в л я е т с я

эффект

З е е м а н а ,

а

имен ­

но, расщепление

спектральных

липий

в

магнитном

п о л е . Все

р -

орбитали

с данным

П

вырождены,

но в

присутствии

магнитного поля

появляются

небольшие

отличия

в э н е р г и я х ,

соответствующие различным квантованным ориентациям в е к т о р а

углового

момента србктали

относительно

поля

Н .

- бб

-

При

В =

I в е к т о р

орбитали

(

) с

самой низкой

энергней-

ориентирован

по

полю,

вектор

следующей

по энергии

орбитали

( Р х

)

~ перпендикулярен полю

и в е к т о р

орбитали (

Ру

) с с а ­

мой

высокой

э н е р г и е й

ориентирован

в н а п р а в л е н и я , п р о т и в о п о л о ж ­

ном

полю ( р и с . 1 3 ) .

Наблюдаемое расщепление спектральных линий в магнитном

поле

обусловлено

переходами

между

этими

орбиталями

с

несколь«*

ко различающейся

э н е р г и е й .

Различные атомные орбитали

с

одинакор>й

э н е р г и е й

называются

вырожденными. В

с о о т в е т с т в и и

с у р а в н е н и е м

в с е

атомные орбитали с одним и тем

же главным

квантовым

ч и с ­

лом должны бы быть вырожденными. Однако, б о л е е

точные

р а с ч ё ­

ты

дают

небольшие

р а з л и ч и я

энергии

между 5 ~ ,

Р

~ ,

d

-

и

^ - орбиталями при одинаковом значении

ft .

Таким

образом:

п р -

орбитали

трёхкратно

вырождены,

Иd -

орбитали

пятикратно

вырождены, .

И-f - орбитали семикратно вырождены.

Примечание:

поскольку

э н е р г и я э л е к т р о н а

в

атоме

водорода

о п р е д е л я е т с я величиной П

и н е з а в и с и т

о т

остальных

к в а н т о ­

вых

ч и с е л ,

то

может

быть

несколько

состояний

э л е к т р о н а

с

оди»

наковой

э н е р г и е й .

Такие

с о с т о я н и я

называются

вырожденными.

Вы|ожденле

и с ч е з а е т

при

воздействии на

э л е к т р о н

в а т о м е ,

внешнего

э л е к т р и ч е с к о г о

или магнитного

п о л я .

Р я с,

16. Поперечное сечение облака заряда

2 6* - э л е ­

ктрона в атоме водорода-*

На р и с . 16

относительная вероятнооть нахождения

электрона

ной

плотности) .

Так, термины; "электронная плотность" и " в е р о я т н о с т ь "

взаимозаменяема.

6.

Пространственное распределение атомных Р - t

J »

отираются

вдоль

каждой

из трёх взаимно

перпендгкулярных

ооей

( х

, у

,

Н

) ,

поскольку

значение

f

для

данной

Р - орбитали. является Функцией углов

Q

и

V

( т а б л и ц а

3 ) ,

Со ответе - ну ющие граничные

поверхности

Р

- орбиталей

изображены

па

р и с ,

17,

в каждом

случае

имеется

плоская

у зло-

вая

поверхность;

т . е .

п л о с к о с т ь ,

для которой

f

- О .

Для

~2РХ

~

орбитали

узловой

поверхностью

я в л я е т с я

п л о с ­

кость

У"£

,

для

2Ру

~

орбитали

-

пядскость

XZ

а

д л я

2Рг

~ орбитали

-

плоскость

ХИ

( р и с .

1 7 ) . :

d - орбитали также являются трёхмерными поверхностями;

орбиталь

а ( у ^ - ^ г

р а с п о л а г а е . : : л

вдоль

осей

X

и

У

;

орбиталь

dXy

-

между.осями

У

У.

Z

;

орбиталь

dxz-

-

между

X

и

I

;

орбиталь

dyg

-

между у

в

г

i ;

а

орбиталь

Д ^ ' - вдоль

2

( р и с ,

17) .

Граничные

поверхности

пяти

(/ -

орбиталей

представлены

на

р и с ,

17.

В с л у ч а е

волновых

функций

£

-

типа

f

всюду

положитель­

на, однако

в

случае

P u d -

орбиталей

арифметические з н а ­

ки волновых функций различны и написаны, на

граничных

п о в е р х ­

ностях ( р и с . 1 7 ) ,

Когда

главное

квантовое

число

в о з р а с т а е т ,

р . -

орбитали с т а н о в я т с я

оолее

размытыми,

однако

сохраняют

ту

же

симметрию.

7.

Спиновое

квантовое

числе

[ 2 0 , 2 1 , 2 ч ] .

В

1925

году удалось

д о к а з а т ь ,

что

электрон

обладает

не

ниец

вокруг

собственной

оси

( ч е т в ё р т а я степень

с в о б о д ы ) .

Это

движение

получило название с п и н о в о е , от английского

с л о ­

в а п

Splft"

-

в е р е т е н о ,

т . е .

оно обусловливает

наличие у

э л е к ­

трона собственного магнитного момента. Это приводит к новому

квантовому

числу,, называемому

спиновым квантовым числом

.

Величина спинового момента количества движения электрона

равна ± ^2

в единицах

fynff

.

-

72 -

.

Знаки плюс и минус соответствуют различным направлениям

вращения

э л е к т р о н а .

• Таким

образом, спиновое

квантовое

число

ffl^ может

иметь

только д в а значения;

* fa и

-

т . е .

о т л и ч а т ь с я , к а к

н

о с ­

тальные

квантовые числа, на

единицу.

Спины

обозначаются

стрзл

к а м и , направленными

в противоположные

стороны:

руют

д р у г

д р у г а .

Однако

всякий э л е к т р о н ,

который

не может

быть с о п о с т а в ­

л е н

с другим

э л е к т р о н о м ,

имеющим противоположное

значение

rft^

,

д а ё т

вклад

в магнитный момент атома или

молекулы,

в с о с т а в

которых

он

входит .

Так, например, конфигурация основного состояния атома

водорода

(

1

5 -

орбиталь

)

с т а н о в и т с я дважды

вырожденной, .

т . а . электрон может

иметь

значение спина *

fa

или

-

при

П *

I ,

f=

О,

т = О,

Итак,

четыре

квантовых,

чнсла н , $ ,

ПК

и

ffl ц

полностьв характеризуют состояние электрона в а т о м е .

Это*,

вывод справедлив как для атома водорода

( о д н о э л е к - '

тронного),

т а к и д л я

многоэлектронных

атомов .

Твёрдое

знание

периодической

системы,

дающее

нам

возможность

с р а з у ориентироваться

в

д е с я т к а х

тысяч

различных

соединений,

с т а л о

теперь

также

необходимо

в химии,

к а к знание таблицы уиногения в

арифметике .

Н.А.Морозов

I , Работы

Д.И.Менделеева

. Сто л е т

пополнилось

со дня

открытия

гениальным

русским

учёным Д,И,Менделеевым (1834-1907

г . г . )

одного

1гз

основных

з а к о н о в

прароды

«• периодического

з а к о н а .

Периодическая с и с т е м а элементов я в и л а с ь графический

и з о б р а ­

жением

периодического

з а к о н а .

Периодический

закон

был

открыт

Д.И.Менделеевым при написании

им

» основ

химии

п

т

"Писать

начал,

когда

с т а л

после

Воскресенского

читать

н е ­

органическую

химию

в у н и в е р с и т е т е

и

к о г д а , " п е р е б р а в все

к н и ­

г и ,

не

нашёл,

что

с л е д у е т рекомендовать

с т у д е н т а м .

Писать

з а с т а в л я л и

а. многие

д р у з ь я ,

например,

флоринский,

Б о р о ­

д и н .

Писавши,

изучил

м н о г о е ,

например,

молибден,

вольфрам,

т и т а н ,

у р а н ,

р е дк и е

металлы .

Начал

писать в

I86P

г о д у . . . . .

Тут

много

с а м о с т о я т е л ь н о г о

в

мелочах, а

главног - пернодичность

с в о й с т в э л е м е н т о в ,

найденная

именно

при

о б р а б г т к з

"Сенов

х и ­

мии"

[ 3,

с т р . © 4 ]

,

Свойством

к установлению

закономерной с в я з и

между э л е м е н ­

тами Д.И.Менделеев

с ч и т а л

атомный

вес - г - величину,

х а р а к т е ­

ризующую относительную

iaccy

а т о м а .

-

7ч

«

" У элементов есть точно измеримое

и

на ',ако!??

сомнению

не

подлежащее то

с в о й с т в о ,

к о т о р о е

выракено

в

нх

атомном

в е с е .

Величина е г о показывает

отношение

между

массами,

с о ­

ставляющими

химические

с а ю с т о я т е л ь н ы е

индивидуумы.,

или

элементы.

А по смыслу

всех

точных сведений

о

явлениях

п р и ­

роды,

м а с с а

вещества

есть

именно

т а ю е

с в о й с т в о

е г о ,

от

к о ­

т о р о г о должны находиться

в

зависимости

все

остальные

с в о й ­

с т в а .

Поэтому блике

или

е с т е с т в е н н е е в с е г о

и с к а т ь зависимое^

т и

между

свойствами

и

с х о д с т в а м

э л е м е н т о в ,

с

одной^угброны,

ц

атомными

их в е с а ш ,

с

д р у г о й .

Такова

основная

мысль,

з а ­

ставляющая

расположить

в с е

элементы

по

величине

их

а томно го

' в е с а "

[ 1 0 , с т р . 8 0 ] .

В

феврале 1969

года

Д . И . Урнделеев,

будучи

уже

профессором

Петербургского у н и в е р с и т е т а ,

р а з о с л а л

на

отд ельном

л и с т к е

свой

"Опыт

о не темы

э л е м е н т о в ,

основанный

на

их

атомном

весе

и

химическом с х о д с т в е "

т а б л . 4

.

Таблица

ч

ОПЫТЪ

СИСТЕМЫ

ЭЛЕМЕНТОВ!,,

О С Н О В А Н Н О Й

НА

ИАЪ А Т О М Н О М Ъ ЬЪСЪ И Х И М И Ч Е С К О М Ь

С 1 0 Д С Т В 1

T i » 5 0

Z r - 9 C -

? - lflO

i

V -

51

Т а - 1 8 2

С г - 5 2 М о - У б

W - I & 5

Mn - 5 5

RhMG4.it

PI -

197.4

Fe -

56

Fu = 104.4

I r -

193

N i » C o = 5 9

Pi-106.6 OS-199

H

" l

Cu-63.1 A£ -

108 H e - 2 0 0

Be - 9 . « Mg-24 Zn-65.2 C d - I ) 2

В - I I

Ai-27.1 ?^68

Ur-116 AU-107?

С - 1 2

Si - 28

? » 7 0

Sn-118

N•14

P - 31

A s - 7 5

5b-122

Ы - 2 Ю ?

0

•

16

S

-32

Sc с 7<j.i

Те

4J6?

F

-

19

CI » 3$5 Br - HO

1-127

U » 7 N a - 2 3

К -39 КЬ-85.4 t s - l 3 3

T l - 2 0 4

C a - 4 0

-Sr-87.6

Da-137

PD-207

'

-45

Ce »92

? E r - 5 6

U - 9 4

? Y l - 6 0 D I - 9 5 '

? l n - 7 5 * T h - 1 1 8 ?