Аберрации электронных линз аберрация света абсолютная температура


Общая характеристика строения ато­ма



страница7/9
Дата01.08.2016
Размер1.76 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Общая характеристика строения ато­ма. А. состоит из тяжёлого ядра, об­ладающего положит. электрич. заря­дом, и окружающих его лёгких ч-ц — эл-нов с отрицат. электрич. зарядами, образующих электронные оболочки А. Размеры А. в целом определяются размерами его электронной оболочки и велики по сравнению с размерами ядра А. (линейные размеры А.~10-8см, ядра ~10-12—10-13 см). Электронные оболочки не имеют строго определ. границ, и размеры А. в б. или м. сте­пени зависят от способов их определе­ния (см. Атомные радиусы).

Заряд ядра — осн. хар-ка А., обус­ловливающая его принадлежность к определ. элементу; он явл. целым кратным элементарного электрич. за­ряда е, равного по абс. значению за­ряду эл-на — е, т. е. равен +eZ, где Zат. номер (порядковый номер элемента в периодической системе эле­ментов). А.— электрически нейтр. си­стема: ядро с зарядом +eZ удержи­вает Z эл-нов с общим зарядом -eZ. А., потерявший один или неск. эл-нов, наз. положит. ионом, его заряд ра­вен +ek, где kкратность иониза­ции. А., присоединивший эл-ны, явл.

отрицат. ионом. Иногда под терми­ном «А.» понимают как нейтр. А., так и его ионы. Для отличия положит. и отрицат. ионов от нейтр. А. к хим. символу элемента добавляют индекс, определяющий кратность ионизации (напр., О+ , O8+, О2-). Совокупность нейтр. А. и ионов др. элементов с тем же числом эл-нов образует и з о э л е к т р о н н ы й ряд (напр., водородоподобный ряд Н, Не+ , Li'2+, . . .). Кратность заряда ядра А. элем. заряду объясняется его строением: в его состав входит Z протонов, имею­щих заряд +е, а также нейтр. ч-цы — нейтроны. Масса А. возрастает с уве­личением Z и обусловлена в основ­ном массой ядра, пропорциональной массовому числу А — общему числу протонов и нейтронов в ядре. Масса

эл-на (0,91•10-27 г) значительно меньше (примерно в 1840 раз) массы протона или нейтрона (1,67•10-24 г), поэтому их вклад в ат. массу незна­чителен .

А. одного элемента могут иметь разные массовые числа (число протонов одинаково, а число нейтронов различно); такие разновидности А. од­ного и того же элемента наз. изотопами. Различие массы ядер поч­ти не сказывается на хим. и физ. св-вах изотопов одного элемента. Наи­большие отличия (изотопич. эффекты) наблюдаются у изотопов водорода вследствие большой разницы в массах обычного лёгкого водорода (протия, A=1), дейтерия =2) и трития =3).

Точные значения масс А. опреде­ляются методами масс-спектроскопии. Измерения показали, что масса А. меньше суммы масс ядра и всех эл-нов на величину, наз. дефектом масс: m = W/c2, где Wэнергия свя­зи А. Для тяжёлых А. m — порядка массы эл-на, для лёгких ~10-4 массы эл-на.



Энергия атома и её квантование. Благодаря малым размерам и боль­шой массе ядро А. можно прибли­жённо считать точечным и покоящим­ся в центре масс А. (т. к. общий центр масс ядра и эл-нов находится вблизи ядра, а скорость движения ядра отно­сительно центра масс мала по срав­нению со скоростями эл-нов). А. мож­но рассматривать как систему N эл-нов, движущихся вокруг неподвиж­ного притягивающего центра. Пол­ная внутр. энергия такой системы ξ равна сумме кинетич. энергий Т всех эл-нов и потенц. энергии U притяже­ния их ядром и отталкивания друг от друга. В простейшем случае А. водо­рода один эл-н с зарядом -е движется вокруг ядра с зарядом +е. Кинетич. энергия эл-на в таком А. равна:

T=1/2mv2 = 2/2m, (1) где т — масса, v — скорость, р=mvимпульс эл-на; потенц. энер­гия А.



U=U(r)=- е2/r (2) зависит только от расстояния r эл-на от ядра. Графически ф-ция U(r) изоб­ражается кривой (рис. 1, а), неогра­ниченно убывающей (возрастающей по абс. значению) при уменьшении r, т. е. при приближении эл-на к ядру. Значение U(r) при г принято за нуль. Если полная энергия ξ=Т+U<0, то движение эл-на явл. свя­занным: оно ограничено в пр-ве зна­чением r=rмакс , при к-ром T=0, ξ=U(rмакс). При g=T+U>0 дви­жение эл-на явл. свободным — он может уйти на бесконечность с энер­гией ξ=Т=1/2mv2, т.е. при ξ>0 А. водорода становится положит. ио­ном Н+ .

А. явл. квант. системой, т. е. под­чиняется квантово-механич. законам (см. Квантовая механика); его осн. хар-ка — полная внутр. энергия ξ, к-рая может принимать лишь одно из значений дискр. ряда:



ξ1, ξ2, ξ3, ... (ξ1<ξ2<ξ3<...). (3)

Промежуточными значениями ξ А. обладать не может. Каждому из «до­зволенных» значений ξ соответствует

одно или неск. стационарных (неиз­менных во времени) квант. состояний А. Энергия А. может изменяться только скачкообразно — путём кван­тового перехода А. из одного стацио­нарного состояния в другое.

Графически возможные значения энергии А. изображают в виде схемы уровней энергии — горизонт. прямых, проведённых на расстояниях, соответствующих разностям «дозво­ленных» энергий (рис. 1, б). Самый нижний уровень ξ1, отвечающий ми­нимальной возможной энергии, наз. основным, все остальные (ξn1, , n=2, 3, . . .) — возбуждён­ными, т. к. для перехода на них А. необходимо возбудить — сообщить ему извне энергию ξn-ξ1.

Квантование энергии А. явл. след­ствием волн. св-в эл-нов (см. Корпускулярно-волновой дуализм). Согласно квант. механике, движению микрочас­тицы с импульсом р соответствует дли­на волны =h/p, для эл-на в А. ~10-8см, т. е. порядка линейных раз­меров А. Связанное движение эл-на в А. (ξ<0) схоже со стоячей волной, его следует рассматривать как слож­ный колебат. процесс, а не как дви­жение матер. точки по траектории. Для стоячей волны в огранич. объёме возможны лишь определ. значения ; для модели атома Бора, согласно к-рой эл-н движется в А. по определ. орби­там, возможными будут те круговые орбиты, на к-рых укладывается целое число  Определ. значениям  соот­ветствуют определ. значения р и ξ.

Свободное движение эл-на, отор­ванного от А., подобно распростра­нению бегущей волны в неогранич. объёме, для к-рой возможны любые значения ; его энергия не квантуется и имеет непрерывный энер­гетический спектр. Такая непрерывная последовательность энер­гий характерна для ионизованного А., т. е. при ξ>0. Значение ξ=0 соответствует границе ионизации А., а разность ξ1 равна энер­гии ионизации из осн. со­стояния ξион (для водорода ξион=13,6 эВ).



Орбитальный и спиновый моменты электрона. Наряду с энергией движе­ние эл-на в А. вокруг ядра (орбит. движение) характеризуется орбит. мо­ментом импульса Мl; с ним связан орбитальный магн. момент эл-на в А. Эл-н обладает также собств. моментом импульса Ms спином и связанным с ним спиновым магн. моментом. Вз-ствие спинового и орбитального моментов (спин-орбитальное взаимо­действие) влияет на орбитальное дви­жение эл-на в А.

Распределение электронной плотно­сти в атоме. Состояние эл-на в А. мож­но характеризовать распределением в пр-ве его электрич. заряда — рас­пределением электронной плотности. При этом ат. эл-ны рассматриваются как «размазанные» в пр-ве и образующие вокруг ядра

36



Рис. 1. Зависимость энергии ξ атома водорода от расстояния r: а — возможные зна­чения полной внутр. энергии ξ1, ξ2, ξ3,... (горизонт. линии) и график потенц. энер­гии (жирная кривая; точками показаны значения rмакс при ξ=ξ1, ξ2, ξ3,...); б — схема уровней энергии (горизонт. линии) и оптич. переходов (вертик. линии). Заштрихованная область (8 >0) соответствует ионизов. атому водорода.



Рис.2. Возможные состояния атома водорода при значениях n=1,2,3. Графически показаны ориентации орбитального и спинового моментов.

электронное облако. Та­кая модель правильнее отражает со­стояние эл-на в А., чем модель атома Бора. Наибольшая электронная плот­ность в А. водорода соответствует осн. состоянию, когда электронное облако концентрируется на наиб. близ­ком от ядра расстоянии; для возбуж­дённых состояний она распределяется на всё больших расстояниях от ядра. В сложных А. эл-ны группируются в электронные оболочки, окружаю­щие ядро на разл. расстояниях и ха­рактеризующиеся определ. значе­ниями электронной плотности. Слабее всего связаны с ядром эл-ны самой

внеш. оболочки, к-рые определяют размеры А. в целом.

Квантовые состояния атома водоро­да. Методами квант. механики можно получить точную и полную хар-ку состояний эл-на в одноэлектронном А. (А. водорода и водородоподобных А.), в то время как задача о многоэлект­ронных А. может быть решена лишь приближённо. Энергия одноэлектронного А. (без учёта спина эл-на) равна:

целое число n=1, 2, 3, . . . определяет возможные уровни энергии и наз.

главным квантовым числом; RРидберга постоянная (hcR=13,6 эВ). Согласно (4), с ростом n уровни сближаются и при n схо­дятся к границе . ионизации ξ=0 (рис. 1,6); уровни с n>5 не показаны, схема уровней дана для А. водорода (Z=1), для водородоподобных А. мас­штаб энергий возрастает в Z2 раз.

Можно показать, что водородоподобный А. с энергией, определяемой выражением (4), имеет ср. радиус

a=a0n2/Z, (5) где постоянная а0=0,529•10-8 см=0,529 Ǻ — т. н. боровский ра­диус, определяющий размеры А. водорода в осн. состоянии (n=1, Z=1); им часто пользуются как ед. длины в ат. физике.

Согласно квант. механике, состоя­ние А. водорода полностью определя­ется дискр. значениями четырёх физ. величин: энергии 8, орбит. момента Мl, проекции Mlz орбит. момента на нек-рое произвольное направле­ние z, проекции Мsz спинового мо­мента Мs на z. Возможные значения этих величин, в свою очередь, опре­деляются соответствующими кван­товыми числами:



ξглавным квантовым числом n=1, 2, 3, ... [по ф-ле (4)]; Мlорбитальным (или азимутальным) кванто­вым числом l=0, 1, 2, . . ., n-1:

M2l=l(l+1)h2;

mlz магнитным орби­тальным квантовым чис­лом ml=l, l-1, . . ., -l :

Mlz=hml;

Мszмагнитным спино­вым числом ms1/2: Msz=msh.

Значения квант. чисел n, l, ml, ms полностью определяют состояние эл-на в А. водорода. Энергия А. водорода зависит только от га, и уровню с за­данным n соответствует неск. состоя­ний, отличающихся значениями l, ml и ms. Состояния с заданными значе­ниями n и l принято обозначать как is, 2s, 2p, 3s и т. д., где цифры указы­вают значения n, а буквы s, p, d, f (и дальше по лат. алфавиту) — соотв. значения l=0, 1, 2, 3, ... При задан­ных n и l число разл. состояний равно 2(2l+1)—числу комбинаций значе­ний ml и ms. Общее число разл. сос­тояний с заданным га равно:



т.е. уровням, определяемым n=1, 2, 3, . . ., соответствуют 2, 8, 18, . . ., 2n2 разл. квант. состояний (рис. 2). Уровень, к-рому соответствует лишь одно квант. состояние, наз. невы­рожденным. Если уровню соот­ветствует g2 квант. состояний, то

37

он наз. вырожденным, а число g — кратностью или сте­пенью вырождения. Уровни А. водорода — вырожденные, их сте­пень вырождения g=2n2. Спин-орби­тальное вз-ствие приводит к расщеп­лению уровней энергии с n2 на близко расположенные друг к другу подуровни тонкой структуры, т. е. к частичному снятию вырож­дения.



Для разл. квант. состояний А. во­дорода получается разл. распределение электронной плот­ности, к-рое зависит от n, l и │ml.


Рис. 3. Распределение электронной плотности для состояний атома водорода с n=1,2,3; m=│me│.
Так, при l=0 (s-состояния) электронная плотность от­лична от нуля в цент­ре и не зависит от направления (сферически симметрична), а для ; остальных состояний она равна нулю в цент­ре и зависит от на­правления (рис. 3). Квант. состояния эл-на в водородоподобных А. также характеризуются четырьмя квант. числами, картина распределения электрон­ной плотности аналогична приведён­ной на рис. 3, однако [согласно (5)] масштабы уменьшаются в Z раз.

Электронные оболочки сложных ато­мов. Все А., кроме А. водорода и водо­родоподобных А., имеют в своём со­ставе взаимодействующие друг с дру­гом одинаковые ч-цы — эл-ны. Вслед­ствие взаимного отталкивания эл-нов в А. существенно уменьшается их прочность связи с ядром. Напр., энер­гия отрыва эл-на у иона Не + —54,4 эВ, в нейтральном атоме Не для любого из двух эл-нов она равна 24,6 эВ. Для более тяжёлых А. связи внеш. эл-нов с ядром ещё более ослабевают. Чрезвычайно важную роль в слож­ных А. играет св-во неразличимости эл-нов (см. Тождественности прин­цип) и тот факт, что эл-ны, обладаю­щие спином 1/2, подчиняются Паули принципу, согласно к-рому в каждом квант. состоянии не может находиться более одного эл-на. Это приводит к образованию в сложном А. элект­ронных оболочек, заполняющихся строго определ. образом.

Для многоэлектронного А. имеет смысл говорить только о квант. со­стояниях А. в целом. Однако при­ближённо можно рассматривать квант. состояния отд. эл-нов и характеризо­вать каждый из них совокупностью четырёх квант. чисел: n, l, ml; и ms. При этом энергия эл-на оказывается зависящей не только от n, но и от l; от ml и ms она по-прежнему не зависит. Эл-ны с определёнными n и l имеют одинаковую энергию и образуют электронную оболочку, их наз. э к в и в а л е н т н ы м и э л е к т р о н а м и. Такие эл-ны и образованные ими оболочки с заданными n и l обо­значают символами ns, пр, nd, nf, ... и говорят, напр., о 28-электронах, Зр-оболочке и т. д.

Заполнение электронных оболочек и слоев. В силу принципа Паули, лю­бые два эл-на в А. должны находиться в разл. квант. состояниях и, следова­тельно, отличаться хотя бы одним из четырёх квант. чисел. Для эквива­лентных эл-нов n и l одинаковы, по­этому должны быть различны пары значений ml и ms. Число таких пар (степень вырождения уровня энергии) g=2(2l+1), для l=0, 1, 2, 3, ... оно равно соотв. 2, 6, 10, 14, . . ., g опре­деляет число эл-нов в сложном А., полностью заполняющих данную обо­лочку. Т. о., s-, р-, d-, f-,... оболочки заполняются соотв. 2, 6, 10, 14, . . . эл-нами независимо от значения п. Эл-ны с данным n образуют элект­ронный слой, состоящий из оболочек с l=0, 1, 2, . . ., n-1 и заполняемый 2n2 эл-нами. Для n=1, 2, 3, 4, ... слои обозначаются символами К, L, М, N, ... При полном заполнении оболочек и слоев получаем:



Наиболее близко к ядру располо­жен K-слой, затем L-слой, М-слой, N-слой, . . . Прочность связи эл-на в А. уменьшается с увеличением n, а при заданном n — с увеличением l. Чем слабее связан эл-н с ядром, тем выше лежит его уровень энергии в соответствующей оболочке (рис. 4).

Электронные конфигурации слож­ных атомов. Порядок заполнения элек­тронных оболочек в сложном А. опре­деляет его электронные кон-

фигурации, т. е. распределения эл-нов по оболочкам, для ионов и нейтр. А. данного элемента. Напр., для азота (Z=7) получаются элект­ронные конфигурации



(число эл-нов в данной оболочке ука­зывается индексом справа сверху). Такие же электронные конфигурации, как и у ионов азота, имеют нейтр. А.

элементов в периодич. системе, обла­дающие тем же чис­лом эл-нов: Н, Не, Li, Be, В, С (Z=1, 2, 3, 4,5, 6). Пери­одичность в св-вах элементов опре­деляется сходством внеш. электронных оболочек А. Напр., нейтр. атомы Р, аs, Sb, Bi (Z=15, 33, 51, 83) имеют по

Рис. 4. Схема последо­вательного заполнения уровней энергии эл-нами в сложном ато­ме. Справа указано число эл-нов, заполня­ющих отд. оболочки.

три р-электрона во внеш. элект­ронной оболочке, подобно атому N, и схожи с ним по хим. и многим физ. св-вам.

При рассмотрении заполнения элек­тронных оболочек необходимо учиты­вать, что, начиная с n=4, порядок за­полнения оболочек нарушается: эл-ны с меньшим l, но большим n связаны прочнее, чем эл-ны с большим l, но меньшим n, напр. эл-ны 4s связаны прочнее, чем эл-ны 3d (рис. 4). При заполнении оболочек 3d, 4d, 5d по­лучаются группы переходных эле­ментов, при заполнении 4f и 5f-оболочек — соотв. лантаноиды и актиноиды. Числа, стоящие на рисунке справа у скобок, равны числу эл-нов

в полностью запол­ненной оболочке и определяют число эле­ментов в периоде си­стемы элементов. Каждый период за­вершают А. инертных газов с внеш. оболочками типа np6 (n=2, 3, 4, 5, 6) для Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (Z=10, 18, 36, 54, 86).

Сложный А. характеризуется т. н. нормальной электронной кон­фигурацией, соответствующей наиб. прочной связи всех эл-нов в А., и возбуждёнными электронными конфи­гурациями, когда один или неск. эл-нов связаны более слабо — нахо­дятся на возбуждённых уровнях энер­гии. Напр., для А. Не наряду с нор-

38

мальной электронной конфигурацией 1s2 возможны возбуждённые: 1s2s, 1s2p и др. (возбуждён один эл-н), 2s2, 2s2p и др. (возбуждены оба эл-на). Определённой электронной конфигу­рации соответствует один уровень энергии А. в целом, если электронные оболочки целиком заполнены (напр., норм. конфигурация атома Ne 1s22s2 2p6), и ряд уровней энергии, если имеются частично заполненные оболочки (напр., норм. конфигурация атома N 1s22s22p:3, для к-рой оболочка заполнена наполовину). При на­личии частично заполненных d- и f-оболочек число уровней энергии сильно возрастает и схема уровней энергии А. получается очень сложной. Осн. уровнем энергии А. явл. самый нижний уровень нормальной элект­ронной конфигурации.



Квантовые переходы в атоме. При квант. переходах А. с более высокого уровня энергии ξi на более низкий ξk он отдаёт энергию ξik, при обратном переходе получает её. Важ­нейшая хар-ка квант. перехода — вероятность перехода, определяющая число переходов в 1 с.

При квант. переходах с излучением А. поглощает (переход ξkξi) или испускает (переход ξiξk) эл.-магн. излучение, напр. видимый свет, УФ, ИК, СВЧ (микроволновое) излучение. Эл.-магн. энергия поглощается и ис­пускается А. в виде кванта света — фотона, характеризуемого определ. частотой v, согласно соотношению:

ξik=hv (7)

(hv — энергия фотона), представляю­щему собой закон сохранения энергии для микропроцессов, связанных с из­лучением.

А. в осн. состоянии может только поглощать фотоны, а в возбуждён­ном — как поглощать, так и испус­кать их. Свободный А. в осн. состоя­нии может существовать неограни­ченно долго; продолжительность пре­бывания его в возбуждённом состоя­нии — время жизни на возбуждённом уровне энергии — ограничена: А. спон­танно (самопроизвольно) частично или полностью теряет энергию возбужде­ния, испуская фотон и переходя на более низкий уровень энергии. Время жизни возбуждённого А. тем меньше, чем больше вероятность спонтанного перехода (для возбуждённого атома Н оно ~10-8 с).

Совокупность частот возможных пе­реходов с излучением определяет оптич. спектр А.: совокупность час­тот переходов с нижних уровней на верхние — спектр поглощения, с верхних на нижние — спектр испускания. Каждому тако­му переходу соответствует определ. спектральная линия. Для атома Н, согласно (4) и (7), получаем совокупность спектр. линий с часто­тами



Согласно (8), линии в спектре А. водорода группируются в спект­ральные серии. При nk=1 и ni=2, 3, 4, ... получается серия Лаймана (линии L, L, L, . . .), при nk=2 и ni=3, 4, 5, . . .— серия Бальмера (линии Н, H, Н, . . .), при nk=3 и ni=4, 5, . . .— серия Пашена и т. д. (рис. 1, б). Для А. дру­гих элементов в соответствии с более сложной схемой уровней энергии по­лучаются и более сложные атомные спектры.

При квант. переходах без излуче­ния А. получает или отдаёт энергию при вз-ствиях с другими ч-цами, с к-рыми он сталкивается (напр., в га­зах) или длительно связан (в молеку­лах, жидкостях и тв. телах). В ато­марных газах в промежутках между столкновениями можно считать А. свободным; во время столкновения (удара) он может перейти на другой уровень энергии (неупругое столкно­вение, при упругом столкновении из­меняется лишь кинетич. энергия А., а внутренняя остаётся неизменной). Столкновение свободного А. с быстро движущимся эл-ном — возбуждение А. электронным ударом — один из ме­тодов определения уровней энергии А. (см. Столкновения атомные).

Химические и физические свойства атома. Большинство св-в А. определя­ется строением и хар-ками его внеш. электронных оболочек, в к-рых эл-ны связаны сравнительно слабо (энергия связи от неск. эВ до неск. десятков эВ). Строение внутр. оболочек А., эл-ны к-рых связаны гораздо прочнее (энергии связи ~102—104 эВ), про­является лишь при вз-ствиях А. с бы­стрыми ч-цами и фотонами высоких энергий. Такие вз-ствия определяют рентгеновские спектры А. и рассея­ние ч-ц на А. (см. Дифракция микро­частиц). Масса А. определяет механич. св-ва А. как целого — его им­пульс, кинетич. энергию. От механи­ческих и связанных с ними магн. и электрич. моментов ядра А. зависят нек-рые тонкие физ. эффекты (ядер­ный магнитный резонанс, ядерный квадрупольный резонанс, сверхтонкая структура).

Эл-ны во внеш. оболочках А. легко подвергаются внеш. воздействиям. При сближении А. возникают сильные электростатич.. вз-ствия (включая т. н. обменное взаимодействие), к-рые могут приводить к образованию молекул. В хим. связи участвуют эл-ны внеш. оболочек.

Более слабые электростатич. вз-ствия двух А. проявляются в их взаим­ной поляризуемости — смещении эл-нов относительно ядер. Возникают поляризац. силы притяжения между А. (см. Межмолекулярное взаимодей­ствие). Поляризуемость А. происхо­дит и во внеш. электрич. полях; в ре­зультате уровни энергии смещаются и, что особенно важно, вырожденные уровни энергии расщепляются (Штарка эффект). А. может поляризоваться и под действием электрич. поля световой волны; поляризуемость за­висит от частоты, что обусловливает за­висимость от неё и показателя пре­ломления (см. Дисперсия света), свя­занного с поляризуемостью А. Тес­ная связь оптических характеристик А. с его электрич. св-вами особенно ярко проявляется в его оптических спектрах.

Внеш. эл-нами определяются и магн. св-ва А. В А. с полностью заполнен­ными электронными оболочками магн. момент, как и полный механич. мо­мент, равен нулю. Магн. моменты А. с частично заполненными внеш. обо­лочками, как правило, не равны нулю; такие А. явл. парамагнитными (см. Парамагнетизм). Во внеш. магн. поле все уровни А., у к-рых магн. момент не равен нулю, расщепляются (Зеемана эффект). Все А. обладают диа­магнетизмом, к-рый обусловлен воз­никновением у них магн. момента под действием внеш. магн. поля (т. н. индуцированного момента).

При последоват. ионизации А., т. е. при отрыве его эл-нов, начиная с са­мых внешних в порядке увеличения прочности их связи, соотв. изменя­ются все св-ва А., определяемые его внеш. электронной оболочкой: умень­шается способность А. поляризоваться в электрич. поле, увеличиваются рас­стояния между уровнями энергии и частоты оптич. переходов между ними, что приводит к смещению спектров в сторону более коротких длин волн. Ряд св-в обнаруживает периодичность: сходными оказываются св-ва ионов с аналогичными внеш. эл-нами, напр. N4+ и N3+ (один и два эл-на 2s) обна­руживают сходство с N6+ и N7+ (один и два эл-на 1s). Это относится к хар-кам и относит. расположению уровней энергии, к оптич. спектрам, к магн. моментам А. и т. д. Наиболее резкое изменение св-в происходит при уда­лении последнего эл-на из внеш. не­заполненной оболочки. Такие ионы (напр., N5+ с электронной конфигу­рацией 1s2) наиб. устойчивы, и их полные механич. и магн. моменты равны нулю.

Св-ва А., находящегося в связ. со­стоянии (напр., входящего в состав молекул), отличаются от св-в свобод­ного А. Наибольшие изменения пре­терпевают св-ва А., определяемые са­мыми внеш. эл-нами, принимающими участие в присоединении данного А. к другому. Вместе с тем св-ва, опре­деляемые эл-нами внутр. оболочек, могут практически не измениться, как это имеет место для рент. спект­ров. Нек-рые св-ва А. могут испыты­вать сравнительно небольшие изме­нения, по к-рым можно получить ин­формацию о хар-ре вз-ствий связан­ных А. Примером может служить рас­щепление уровней энергии А. в крис­таллах и комплексных соединениях,

39

к-рое происходит под действием электрич. полей, создаваемых окружаю­щими ионами (см. Кристаллическое поле).



• Зоммерфельд А., Строение ато­ма и спектры, пер. с нем., т. 1—2, М., 1956; Шпольский Э. В., Атомная физика, 6 изд., т. 1—2, М., 1974; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спект­роскопия, М., 1962; Ф р и ш С. Э., Опти­ческие спектры атомов, М.— Л., 1963; Борн М., Атомная физика, пер. с англ., М., 1970; Хунд Ф., История квантовой теории, пер. с нем., К., 1980.

М. А. Ельяшевич.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, при­меняется в ат. и яд. физике для выра­жения масс элем. ч-ц, атомов и моле­кул. Одна А. е. м. равна 1/12 массы нуклида углерода 12С, что в ед. СИ со­ставляет 1,6605655(86) •10-27 кг (на 1980).

МАССЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И АТОМОВ В АТОМНЫХ ЕДИНИЦАХ МАССЫ УГЛЕРОДНОЙ ШКАЛЫ

До 1961 в физике за А. е. м. принима­ли 1/16 массы атома кислорода 16O, т.е. 1,65976•10-27 кг, а в химии — 1/16 ср. ат. массы природного кисло­рода — смеси трёх стабильных изо­топов 16О (99,76%), 17O (0,04%), 18O (0,20%). Химическая А. е. м. в 1,000275 раза была больше физиче­ской и равнялась 1,66022•10-27 кг. Современная (унифицированная) А. е. м. равна 1,00048 прежней физи­ческой А. е. м.

АТОМНАЯ МАССА (устаревший тер­мин — атомный вес), относительное значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы (а. е. м.). А. м. меньше суммы масс составляю­щих атом ч-ц на дефект масс.

А. м. была взята Д. И. Менделеевым за осн. хар-ку элемента при открытии им периодич. системы элементов. А. м. — дробная величина (в отличие от массового числа — суммарного чис­ла нейтронов и протонов в ат. ядре). А. м. изотопов одного хим. элемента различны, природные элементы со­стоят из смеси изотопов, поэтому за А. м. принимают ср. значение А. м. изотопов с учётом их процентного со­держания. Эти значения указаны в периодич. системе (кроме трансура­новых элементов, для к-рых указы­ваются массовые числа). Методов оп­ределения А. м. несколько, наиб. точ­ный — масс-спектроскопический (см. Масс-спектрометр).

АТОМНАЯ ФИЗИКА, раздел физики, в к-ром изучают строение и св-ва ато­ма и элем. процессы на ат. уровне. Для А. ф. наиб. характерны расстоя­ния ~10-8 см (т. е. порядка размеров атома) и энергии связи и элем. процессов порядка неск. эВ (для ядерной физики соответствующие величины по­рядка 10-13 см и неск. МэВ). Строение в-ва и элем. процессы на ат. уровне обусловлены электромагнитными вза­имодействиями. Теор. основа А. ф.— квантовая механика.

А. ф. изучает строение атома как квант. системы, состоящей из ядра и эл-нов, уровни энергии атома и их хар-ки, излучательные и безызлучательные квантовые переходы в атоме, возбуждение атома и атомные столкно­вения, а также электрич. и магн. св-ва атомов и их поведение во внешн. полях. В А. ф. применяются разнооб­разные эксперим. методы, из к-рых особое значение имеют спектральные (методы оптич. спектроскопии, рент­геновской спектроскопии, радиоспект­роскопии).

Иногда А. ф. понимают в более широком смысле, включая в неё фи­зику молекул и рассмотрение квант. свойств вещества на атомно-молекулярном уровне.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница