книги из ГПНТБ / Бордовский Г.А. Физика учеб. пособие для студентов фак. естествознания пед. ин-тов

АА°

Рис.6 .3

дает минимальной энергией Е^. Если электрон получит некоторую порцию энергии, напршер, при столкновении атома с атомом,при поглощении кванта света, то он возбудится - перейдет на более высокий энергетический уровень. Переход воэбухдѳнного элект -

переходом из возбужденного состояния в менее возбужденное состояние слабо связанных внешних (валентных) электронов. Ес­ ли каким-либо образом удалить сильно связанный с ядром внут - ренний электрон, то при переходе на его место других электро­ нов будут излучаться кванты очень большой энергии. Их частота лежит уже в рентгеновской области спектра. Возникающий при этих переходах рентгеновский спектр будет зависеть от струк - туры электронных оболочек атома, поэтому называется харанте - ристическии. В силу сказанного выше, ясно, что характѳристи - ческое рентгеновское излучение монохроматично. Рентгеновское излучение возникает и при сильном торможении быстро летящих электронов. Такое излучение называется тормозным. Тормозное рентгеновское излучение обладает сплошным спектром. В общем случае при соударении электронов большой энергии о твердое те­

ло будет возникать как тормозное , так и характеристическое излучение. Такой спектр имеет вид, представ - ленный на рис.6 .5 .

или спонтанным (р и с .б .б ). Поскольку электроны в различных ато­

мах совершают переходы независимо друг от друга, спонтанное

излучение не будет когерентным. В электромагнитной волне, из­

лучаемой спонтанно, также не будет преимущественного направ - ления поляризации. Такое излучение дают практически все есте­ ственные источники света (Солнце, лампы накаливания, газораз­ рядные лампы и т . д . ) .

уровень E j, чтобы вызвать быстрый индуцированный переход всех других электронов, который сопровождается мощной вспыоной ко­ герентного лазерного излучения. В настоящее время лазерный эффект получен в газах, жидкостях и твердых телах.

Лазеры уже сейчас находят широкое и важное пряіѳнениѳ ж радиосвязи, в радиолокации, для обработки твердых материалов, в оиологии, в медицине и т .д . Например, имеются попытки ис - пользовать лазеры для удаления опухолей, для операций на гла­ зе и т .п .

§ 6 .2 . Периодичеокая система элементов

При строгом квантово-механическом рассмотрении электро - на, находящегося в атоме, оказалось, что его состояние опрѳ - дѳляѳтся не одним квантовым числом П , а четырьмя квантовыми числами, которые имеют следующий смысл:

П = I , 2 , 3 , . . . - главное квантовое число определяет энергию электрона в атоме.

ла характеризует ориентацию вектора момента количества движе­ ния электрона на орбите в магнитном поле.

S = +1/2 - спиновое квантовое число характеризует соб -

ственный момент количества движения электрона.

Совокупность электронов в атоме, характеризующихся одним

которой стоит строчная буква латинского алфавита, обозначаю -

новном состоянии характеризуется следующим набором квантовых

единицу и добавлении еще одного электрона получается атом ге ­

лия, электронная конфигурация которого - I S* . Оба электрона

Атом лития, третьего элемента в таблице Менделеева, содержит

инертным газом. ііодобнш образом заполняются и последующие оболочки. Однако наблюдаются и некоторые отступления. Напри -

заполнение электронных состояний в атомах, помимо принципа Паули определяется также и энергетическим принципом. Заполне­ ние электронных слоев в элементах первых трех периодов схема­ тически представлено в таблице 6 .2 .

Химические свойства элементов определяются количеством

электронов во внешнем слое. Именно внешние электроны опредѳ - ляют валентность атома, поэтому их часто называют валентными.

Например, одновалентные щелочные металлы ( Li , К ,Na и др. }

имеют по одному валентному электрону, который легко вступает

электронная конфигурация атома очень устойчива, и такие эле -

тностью.

Объяснение химических свойств атомов и построения перио­ дической системы элементов является огромной заслугой кванто­ вой механики.

§ 6 .3 . Строение молекул

Нейтральные атомы на далеком расстоянии очень слабо вза­ имодействуют друг с другом. При тесном сближении атомов, ме­ жду ними возникают значительные силы взаимодействия, которые приводят к образованию молекулы, несмотря на то, что эти силы имеют электрическое происхождение, образование молекул не мо­ жет быть полностью объяснено в рамках классической физики.

- 165 -

Таблица 6 .2

166

Рассмотрим различные механизмы образования междуатомных (химических) связей.

6 .3 .1 . Ионная связь Как было сказано выше, одни из элементов, напршер, ще -

лочные металлы легко отдают электроны, превращаясь в положи - тельные ионы, другие же, напршер, галогены легко превращают­ ся в отрицательные ионы, приобретая дополнительные электроны. Химическая связь, характеризующаяся тем, что электроны от од­ ного атома полностью переходят к другому, называется ионной . видно, что ионная связь осуществляется за счет взаимного при­ тяжения разноименно заряженных ионов. Типичными представите -

лями ионных соединений являются щелочно-галоидные молекулы

полагать, что один из них является положительно заряженным, а другой - отрицательно. Химическая ковалентная связь осуществ­

никающие при перекрытии электронных оболочек,часто называются силами обменного взаимодействия. Образование ковалентной свя­ зи в молекуле водорода схематически представлено на р и с .6 .9 .

Атомы, составляющие ковалентную молекулу, находятся на

некотором оптимальном расстоянии друг от друга. В равновесии силы электростатического отталкивания уравновешены силами обменного взаимодействия. Если же попытаться сблигить атомы больше, то электронные оболочки атомов будут значительно де - формироваться и это приводит к возникновению мощных сил от -

- 167 -

На очень малом расстоянии, когда электронные оболочки молекул касаются друг друга, возникают мощные силы отталкивания. Из - менѳниѳ результирующей этил сил с расстоянием между молекула­