|
|
элементов) и группа актиноидов (2-я группа редкоземельных элементов).
Порядок заполнения электронных: оболочек при увеличении Z можно представить с помощью схемы:
6s*
период
число элементов и период»;
3 ft
Я 8
8
4
18
й 18
32
7
32
В последующих оболочках алоктроны связаны менее прочно, чем в предшествующих, прич╦м сначала заполняются оболочки с меньшими значениями п ∙ I, a при том же значении п-[-1 ≈ с большими аначепиями I (правило К л е ч к о в с к о г о).
Данная схема относится к последовательности заполнения внеш. оболочек Л., что и определяет последовательность элементов в периодич. системе. При увеличении Z для внутр. оболочек восстанавливается нормальная последовательность оболочек по энергиям связи в них электронов, когда электроны с меньшим п связаны прочнее, чем электроны с большим п, независимо от значений I. Это происходит потому, что при возрастании Z разница в энергиях связи электронов е данным п, но разл. значениями 1^ становится менее существенной.
Наряду с нормальной электронной конфигурацией А., соответствующей наиб, прочной энергии связи всех электронов, при возбуждении одного или неек, электронов получаются возбужд╦нные электронные конфигурации. Каждой электронной конфигурации в случае полностью укомплектованных оболочек соответствует один уровень энергии Л., а в случае недостроенных внутр. оболочек (напр., s, р, рат р3, яр,...) ≈ ряд уровней энергии. Самый глубокий уровень энергии нормальной конфигурации А. наз. основным, все остальные уровни энергии ≈ возбужд╦нные,
А. гелия имеет нормальную конфигурацию 1 $2 и возбужд╦нные конфигурации \s2s, Is2p, 1*3$ t Шр, Ii3d, ... (возбужд╦н один электрон) и 2s2, 2s2p, 2s3s, 2р2, 2p3s, ... (возбуждены оба электрона). Нормальной \' электронной конфигурации и конфигурациям 2s2, 3s2, ...» содержащим электроны с одинаковым п и /=0, соответствует по одному уровню энергии, остальным конфигурациям ≈ по нескольку уровней энергии. При этом все уровни энергии разбиваются иа две системы уровней: систему уронней ортогелия и систему уровней парагелия; первая соответствует параллельной ориентации спинов электронов [спиновые мо-
менты электронов Af л = *
и
≈
a (в единицах
складываются в полный спиновый момент, равный 1], вторая ≈ антипараллельной ориентации спилов (спиновые моменты компенсируются и полный спиновый момент равен нулю). Для нормальной конфигурации гелия (is2) вследствие принципа Паули возможна только антиттараллельная ориентация спинов электронов, соответствующая парагелию.
Периодичность хим.» оптич., электрич. и магн. свойств А, раал. элементов в зависимости от Z связана со сходным строением внеш. электронных оболочек, определяющим эти свойства. Эта периодичность сохраняется и для ионов: теряя один электрон, А. становится подобен по ряду свойсть атомам предыдущей группы элементов (напр., однократно ионизованные щелочноземельные Л. ≈ атомам щелочных металлов). Сходными свойствами обладают члены изоэлектронного ряда. Совр. техника эксперимента позволяет получать многозарядные ионы тяж╦лых элементов и исследовать их. Для таких высокоиоиизованных атомов Z>o,,j и масштаб энергий возрастает ~Z2.
Влияние на атом электрических и магнитных полой.
А,≈ система электрически заряженных частиц, поэтому на него оказывают воздействие внетгг, электрич. и матн. поля. Свободные А. но могут обладать постоян-
ным электрическим дипольным моментом, но во внеш. электрич. поле они поляризуются ≈ приобретают индуцированный днпольный момент (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул). Большинство Л. обладают
пост. магн. моментом, отличным от нуля и зависящим от того, как складываются спиновые и орбитальные моменты электронов, Л. с целиком заполненными электронными оболочками, в маетности А. инертных газов и щелочноземельных металлов, не имеют магн. момента, т. к. для любой заполненной оболочки все моменты (спиновые и орбитальные) отд. электронов при сложении компенсируются, Л. с частично заполненными оболочками, как правило, имеют магн. моменты и являются парамагнитными (см, Ла~ рамагкешизм). Все А. обладают диамагнетизмом, к-рып обусловлен появлением у них магн. момента иод действием внеш. магн, поля.
Во внеш. поле А. приобретает дополнит, энергию IT его уровни расщепляются, т. е. происходит снятие вырождения уровней энергии свободного А. кратности 2/4-1, гдо квантовое число / определяет величину полного момента импульса А. В результате расщепления уровней энергии расщепляются и спектральные липни в спектре Л. (см. Зеемана эффект, Штарка эффект). Магп. поле вызывает прецессию электронной оболочки вокруг направления поля (см. Лармора прецессия]. Дополнит, энергия, к-рую А. приобретает в маги, поле, зависит от абс. величины и знака квантового числа mj, определяющего проекцию полного момента на некрое направление. Т. к. mj принимает 2/ -J-1 значение, то уровень энергии в магн. поле расщепляется на 2 J^ri подуровней.
Во внеш. электрич. поле дополнит, энергия, к-рую приобретает А., но зависит от знака ntj, поэтому в электрич, поле происходит неполное расщепление уронней анергии ≈ подуровни с |т/|>0 дважды вырождены (уровень с mj≈0 новы рожден).
На А., находящийся н связанном состоянии, существ. влияние оказывают неоднородные поля окружающих частиц. Особенно значительны воздействия элоктрич. нолей, воздействия магн. нолей играют меньшую роль. Уровни энергии ионов в кристалле или растворе могут сильно отличаться от уровнен энергии свободного иона и терять дискретную структуру. Дискретная структура уровней может сохраняться в кристалле у ионов с достраивающимися d- и /-оболочками, действие на них полей окружающих частиц сводится к расщеплению уровней энергии, зависящему от симметрии поля. А., входящий в состав молекулы, ещ╦ более отличается от свободного, т. к. внеш. электроны, определяющие осн. свойства А., участвуют в образовании хим. свя;)и и лишь внутр. оболочки А. изменяются мало.
Для изучения свойств А. очень важно рассмотрение его поведения в газе и плазме, где действие на А. электрич. полей окружающих частиц приводит, в частности, к уширению спектральных линий.
Лит.: 1) Ш п о л ь С к и и Э. В., Атомная финика, т. 1, 7 изд., М., 1984; 2) В о р н М., Атомная физика, пер. с англ., 3 над., М., 1970; 3) 3 о м м о р ф е л ь д А., Строение атома и спектры, пор. с нем., т. 1 ≈ 2, М., 195(>; 4) Л а п д а у Л. Д., Лифшиц К. М., Квантовая механика, Нгрглятииистская теория, 3 изд., М,, 1074; 5) Давыдов А. С., Квантовал механика, 2 инд., M.f 1973; 6) Ф а п о У., Ф а н о Л., Физика атомои и молекул, пер. с англ., М., 1980; 7) Moore G. Е., Atornic energy levels, v. 1 ≈ 3, Wash., 1949≈58; 8) В а я h-kinS., StonerJ., Atomic energy level and grotrian diagrams, v. 1 ≈ 3, AnisL, 1Я/5 ≈81- AT. А. Елъяшевич.
АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, а. с. м.,≈ единица массы, равная Via массы изотопа углерода 12С; применяется в атомной и ядорной физике для выражения масс элементарных частиц, атомов, молекул,
1 а. о, м.≈ 1,6605655 (86).10-" кг (на 1984).
Для переводи значений масс т частиц, выраженных и а. е. М-, в единицу массы СИ (кг) пользуются ф-лой
О
151
")
}
