Страница 120 из 190
Рис. 4
Исключительное положение элементов, заключённых в рамки, в отношении гомологичности отмечается на рис. 4 тем, что ни одна соединительная линия не проведена между такими элементами, которые занимают неодинаковое положение относительно рамок, несмотря на большое сходство многих из таких веществ в различных отношениях. В обычных изображениях периодической системы, например, отмечается прямо или косвенно большое сходство в химическом отношении алюминия и скандия: оба элемента определённо электроположительны и трёхвалентны. Это объясняется сходным строением трёхвалентных ионов этих элементов; на основании наших более детализированных представлений о строении атомов следует, однако, ожидать существенной разницы во многих физических свойствах алюминия и скандия, так как характер связи трёх последних электронов в обоих случаях весьма различен. Таким образом, например, непосредственно объясняется большое различие сериальных спектров алюминия и скандия. Несмотря на то, что спектр скандия ещё недостаточно изучен, можно утверждать, что указанное различие значительно более резко, чем, например, между дуговыми спектрами натрия и меди; эти последние спектры обладают совершенно аналогичной структурой, если только не обращать внимание на абсолютное значение спектральных термов, как это уже ранее отмечено в докладе.
В этой связи интересно указать, что при сравнении спектров двух элементов дальнейших периодов, занимающих различные положения в рамках или расположенных внутри одной и той же рамки, следует ожидать характерных отклонений от различных простых правил, описывающих изменения структуры спектров в пределах первых трёх периодом системы. Интересные данные по этому вопросу содержатся в статье Каталина, недавно появившейся в Proceedings of Royal Society. Ему удалось обнаружить как в дуговых, так и в искровых спектрах марганца системы серий с отклонениями от тех законов, которые имеют силу для остальных, разобранных до сих пор спектров. Подобные отклонения и следует ожидать на основании тех соображений, которые приведены для объяснения происхождения группы железа в четвертом периоде; наличие этих отклонений можно рассматривать как веское подтверждение развитых воззрений.]1
1 Предшествующие три абзаца добавлены в сб.: «Drei Aufsätze...».— Прим. ред.
Прежде чем оставить вопрос об истолковании химических свойств элементов на основании нашей модели атома, мне хотелось бы ещё раз напомнить, что изложенные соображения основаны на изучении с помощью квантовой теории тех процессов, которые связаны с образованием атома путём последовательного присоединения электронов. Исходная точка зрения, положенная в основу этого исследования, находит свое выражение в так называемом принципе соответствия. За применениями квантовой теории этот принцип позволяет подозревать внутреннюю связь того же типа, что и внутренняя связь в классической электродинамике; несмотря на обширность области применения электродинамики, она не в состоянии объяснить устойчивость атома, проявляющуюся в свойствах элементов. Изложенные здесь соображения, конечно, можно углубить во многих пунктах дальше. Но мы ещё не можем утверждать, что результаты, содержащиеся в приведённой выше таблице, должны рассматриваться во всех деталях как единственный возможный результат применения принципа соответствия. С другой стороны, изложенные соображения настолько объясняют эмпирические данные, что едва ли возможна существенно отличная интерпретация свойств элементов на основании постулатов квантовой теории. Сказанное относится не только к сериальным спектрам и их тесной связи с химическими свойствами элементов, которую мы получили при рассмотрении образования атомов, но также в большой степени и к рентгеновским спектрам, анализ которых приводит к изучению внутриатомных процессов совершенно иного рода. Надо думать, как мы уже говорили, что излучение рентгеновских спектров связано с процессами перестройки уже сформированного атома, происходящими в результате возмущений, вызываемых внутри атома внешними силами.
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Точно так же, как и в сериальных спектрах, частоты колебаний отдельных линий рентгеновских спектров можно рассматривать как разности (комбинации) ряда спектральных термов, характерных для данного вещества. Согласно общему условию частот (1) в квантовой теории, мы можем считать, что каждая рентгеновская линия соответствует излучению при переходах между двумя стационарными состояниями атома. Значение энергии, соответствующее стационарному состоянию атома, часто называется «энергетическим уровнем», относящимся к рентгеновским спектрам. Однако имеется большое различие в природе рентгеновских спектров и сериальных спектров, как мы об этом говорили в начале доклада; разница проявляется в различии законов, управляющих поглощением излучения в рентгеновской и оптической областях спектра. В оптической области поглощение невозбуждённых атомов связано с такими линиями сериального спектра, которые получаются комбинацией двух спектральных термов, один из которых является более высоким термом данного спектра. Поэтому поглощение приходится связывать с таким процессом, который переводит электрон с орбиты нормального состояния в атоме на орбиту, соответствующую одной из ранних стадий процесса связывания. С другой стороны, поглощение рентгеновских лучей относится не к самим линиям рентгеновского спектра, а к определённым спектральным областям, как это в особенности следует из исследований Вагнера и де Бройля. Эти области начинаются у так называемых кантов полосы поглощения, частоты колебаний которых соответствуют, во всяком случае в хорошем приближении, термам, комбинация которых даёт линии спектра излучения. Поэтому приходится думать, что атом при поглощении может быть переведён из нормального состояния в любое из стационарных состояний, соответствующее указанным выше уровням энергии, между которыми происходят переходы, сопровождающиеся излучением рентгеновских линий. Мы увидим, что изложенное выше представление о строении атомов позволяет дать простое толкование этих соотношений. При этом мы поставим следующий вопрос: какие изменения в состоянии атома могут быть вызваны поглощением и какие процессы излучения могут подготовляться такими изменениями?
Возможность изменения движения внутреннего электрона в атоме при освещении связана прежде всего самым тесным образом с характером взаимодействия электронов внутри каждой группы. Мы определили эти группы, изучая возможное образование атома путём последовательного связывания электронов. В отличие от форм движения, в которых положения электронов в любой момент обладают симметрией многоугольника или многогранника, характер движения в наших группах таков, что, вообще говоря, каждая гармоническая компонента движения электронов представлена в общем электрическом моменте атома. Благодаря этому имеется возможность отделить движение электрона от влияния других электронов той же группы при процессе, обладающем необходимым соответствием с нашими обычными представлениями о процессе поглощения. Исходная точка зрения, положенная нами в основу интерпретации развития и завершения электронных групп при образовании атома, приводит далее к выводу, что изменение состояния атома, происходящее при поглощении или излучении света, не может привести к включению нового электрона в какую-либо завершённую группу атома. Это значит, что при поглощении электрон внутренней группы может перейти только в ещё незаконченную группу или же попасть на такую орбиту, на которой электрон большую часть своего пути находится на значительном удалении от других электронов (мы не говорим о случае полного удаления электрона из атома). На основании своеобразных условий устойчивости, управляющих незаконченными группами внутри атома, энергия, необходимая для перевода электрона в одну из таких групп, всегда будет очень мало отличаться от той энергии, которая необходима для удаления электрона из атома. Поэтому энергетические уровни, соответствующие кантам полосы поглощения, дают возможность в первом приближении определить работу, необходимую для удаления из атома электрона внутренней группы. Наша исходная точка зрения позволяет также понять наблюдения, относящиеся к эмиссионным линиям рентгеновских спектров, появляющимся при переходах между состояниями атома, соответствующими указанным энергетическим уровням. Описанный выше тип взаимодействия электронов в группах атома влечёт за собой, так сказать, готовность каждого электрона в атоме независимо от остальных электронов той же группы воспользоваться всякой возможностью упрочения связи и перейти в группу с меньшими значениями главного квантового числа. Такая возможность возникает при удалении электрона из внутренней группы, как это следует на основании наших представлений о строении атома.