ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возникновение квантовой механики из "Курс физической химии Издание 3" Двойственный — волновой и корпускулярный — характер явлений был открыт раньше всего для света. По электромагнитной теории свет рассматривался как электромагнитные колебания и, пользуясь такими понятиями, как длина волны и частота колебаний, эта теория успешно объясняла различные явления, связанные с прохождением света через вещество, — преломление света (рефракцию), дифракцию света, интерференцию и др. Но электромагнитная теория света не могла объяснить явлений поглощения и излучения света. [c.46] Квантовая теория света была построена на основе понятия светового кванта, который обладает свойствами частицы. Эта частица называется фотоном. Квантовой теории были чужды понятия волны и частоты. Эта теория успешно объясняла многие явления, связанные с излучением и с поглощением света, но она не могла объяснить явлений, связанных с прохождением света через вещества. [c.46] Основным уравнением квантовой механики является волновое уравнение Шредингера , Применение его к стационарному состоянию электрона в атоме приводит без дополнительных допущений к выводу о дискретности энергетических уровней электрона и к тому же набору главных квантовых чисел электрона, что и квантовая теория атома Бора. Решение этого уравнения для электрона атома водорода служит основой квантовомеханической теории атома водорода. Условия, вытекающие из нее для других квантовых чисел, были описаны в 9. [c.48] Тронных облаков, отвечающих другим орбиталям (p,d,f...), описывается в 251, где излагается введение в квантовомеханическую теорию атома водорода. [c.49] Квантовомеханическая теория атомов дала возможность объяснить некоторые более тонкие различия в состояниях атомов, проявляющиеся в сложной структуре спектров и обусловленные взаимодействием орбитального и спинового моментов электрона или взаимодействием спиновых моментов разных электронов илн спиновых моментов электрона и ядра атома. [c.49] Уже давно было найдено, что атомные спектры многих элементов обладают, как принято говорить, тонкой структурой. Это означает, что вместо отдельных линий спектра водородных атомов в этом случае спектр состоит из двойных линий (дублетов) или из тройных линий (триплетов) или мультиплетов. Природа этого явления была выяснена на основе квантовой механики. [c.49] Рассмотрим в качестве примера лишь простейший случай — атомные спектры щелочных металлов, так как они аналогичны спектрам атомов водорода, но в отличие от них состоят из дублетов. Причиной этого отличия служит спин-орбитальное взаимодействие электрона, т. е. эффект суммарного действия спинового и орбитального моментов его. Полный момент количества движения данного электрона в атоме равен векторной су.чме орбитального и спинового моментов этого электрона. Спин же электрона может иметь разный знак. Поэтому в выражении полного момента электрона спиновой момент его должен либо складываться с орбитальным либо вычитаться из него. Вследствие небольшой величины спина вызываемая этим разность энергий двух состояний атомов незначительна. При этом ниже располагается уровень, отвечающий противоположной ориентации этих моментов. При переходе электронов в атомах из этих двух состояний на общий уровень (или наоборот) в спектре наблюдается дублетная линия. [c.49] Еще более тонкие различия в состояниях атомов обусловлены так называемым спин-спиновым взаимодействием, определяемым соотношением между спинами данного электрона и ядра атома (или между спинами двух электронов). Такое взаимодействие проявляется, например, в сверхтонкой структуре спектров атомов натрия, когда каждая из указанных выше составляющих дублета желтых линий спектра расщепляется в свою очередь на две линии, длины волн которых различаются всего на 0,02 А (рис. 8), что отвечает различию энергии атомов на 0,2 кал/моль. [c.50] Для более полной характеристики квантового состояния атомов применяют обычно следующие величины. [c.50] Общий спиновый момент атома 8, равный сумме векторов спиновых моментов г всех электронов атома 5 = 2 отвечает квантовое число 5. [c.50] Полный момент атома в целом, определяемый квантовым числом /, равен / = I. -f 5. [c.50] В табл. 4 приведены основные состояния атомов некоторых элементов. В каждой нз основных подгрупп периодической системы основные состояния аналогичны для всех элементов. В первой и второй группах сюда присоединяются и элементы побочных подгрупп. В других группах наблюдаются уже более сложные соотношения и, в частности, проявляется влияние различия четности и нечетности уровня и других факторов, которые мы рассматривать не будем. [c.51] Учитывая спин-спиновые взаимодействия, для полного описания состояния атома необходимо иметь данные также о спине ядра. В табл. 5 приведены значения спина некоторых атомных ядер. Ядра, состоящие из нечетного числа нуклонов (протонов- -нейтронов), и, следовательно, с нечетным массовым числом А, обладают полуцелым спином (/ = /а. Уа, V2, ), а состоящие из четного числа нуклонов имеют целый спин (О, 1, 2, 3,. ..). При четном числе и протонов и нейтронов, т. е. при четном заряде ядра и четном массовом числе атома, спин ядра равен нулю. В настоящее время спин определен еще отнюдь не для всех видов устойчивых атомных ядер. [c.51] В последнее время в химии сильно возрос интерес к магнитным свойствам атомов. Магнитные свойства атома характеризуются тремя составляющими. [c.51] Для замкнутых электронных оболочек атомов суммы орбитальных и спиновых моментов электронов равны нулю. Поэтому магнитные моменты атомов, содержащих только замкнутые электронные оболочки, определяются магнитными моментами их ядер. [c.52] Гамма-резонансная спектроскопия. Гамма-резонанс связан с эффектом Мессбауэра. Оба они рассматриваются в курсе физики. [c.52] Вернуться к основной статье