Страница 121 из 190
Таким образом, наша картина атома приводит к естественной интерпретации явлений излучения и поглощения в рентгеновской области; эта интерпретация вполне согласуется с воззрениями, на основании которых Коссель пытался формально истолковать результаты наблюдений. Кроме того, просто объясняются количественные соотношения для частот колебаний, соответствующих рентгеновским линиям, которые были установлены Мозли и Зоммерфельдом. Как мы уже говорили, эти исследования выявили наличие глубокого сходства рентгеновского спектра данного элемента и спектра, сопровождающего связывание одного электрона атомным ядром. Это сходство станет нам непосредственно понятным, если вспомнить, что в нормальном состоянии атома имеются орбиты, которые с некоторым ограничением соответствуют всем ступеням такого процесса связывания; при удалении электрона с первоначального места в возмущённом атоме могут произойти процессы, не противоречащие переходам, разрешенным принципом соответствия, между указанными ступенями. Эти обстоятельства сразу устраняют те кажущиеся затруднения, которые возникают при попытке воспользоваться для объяснения рентгеновских спектров картиной атома, которая применялась для интерпретации периодической системы элементов. Эти затруднения чувствовались столь сильно, что, например, Зоммерфельд предполагал, что уже в невозбуждённых атомах того же элемента электронные конфигурации могут быть различными. В отличие от наших представлений Зоммерфельд предполагает, что все электроны в главной группе движутся по эквивалентным орбитам; поэтому приходится принимать, что уже в нормальном состоянии атомы построены по-разному соответственно различным возможным типам орбит. Однако нам кажется, что такая гипотеза несовместима с определённым характером физических и химических свойств элементов; кроме того, она явно противоречит тем соображениям об условиях устойчивости, которые положены в основу нашей картины строения атома.
В связи с этим интересно указать, что распределение электронов по группам, которое мы кладём в основу интерпретации периодической системы и классификации линий рентгеновских спектров, совершенно различным образом проявляется в химических свойствах и в рентгеноспектроскопических явлениях. Характерные изменения химических свойств с изменением атомного номера обусловлены постепенным развитием и завершением заполнения электронных групп с наиболее слабой связью. С другой стороны, характерная, так сказать, неспособность рентгеновских спектров дать хотя бы какое-нибудь указание на периодические изменения с возрастанием атомного номера вызывается тем, что соответствующие электронные конфигурации образуют законченные группы, неизменно повторяющиеся при возрастании атомного номера; в равной мере это связано с тем, что незаконченные группы развиваются на наш взгляд постепенно. С того момента, как данный тип орбиты появился в нормальном состоянии атома, он остаётся и при возрастании атомного номера, причём прочность связи равномерно увеличивается. Развитие групп в атоме, определяющее химические свойства, проявляется в рентгеновских спектрах непосредственно только в появлении новых спектральных линий, соответствующих постепенному возникновению новых типов электронных орбит в атоме. Подобная связь между периодической системой и рентгеновскими спектрами указана уже Свинне в связи с теорией Косселя. Вообще говоря, только для тех рентгеноспектроскопических явлений, для которых приходится непосредственно принимать во внимание соотношения на «поверхности» атома, можно ожидать близкой связи с химическими свойствами вещества. В согласии с нашими представлениями мы можем уяснить факты, относящиеся к поглощению рентгеновских лучей в элементах с небольшими атомными номерами, изученные в физической лаборатории в Лунде; нам становится понятным, почему положение и структура кантов полосы поглощения зависят в некоторой степени от физического и химического состояния, в котором находится вещество, и почему такой разницы не обнаруживается в характеристических линиях излучения рентгеновских спектров
При попытке более детального объяснения наблюдений, на основании наших представлений о строении атома, мы встречаемся с вопросом о влиянии присутствия остальных электронов на прочность связи электрона на данной орбите. Непосредственно ясно, что такое влияние будет наименьшим во внутренних областях атома, где притяжение электрона ядром больше, чем отталкивание со стороны остальных электронов. В этой связи нужно напомнить, что в то время, как относительное влияние других электронов на прочность связи будет убывать с возрастанием заряда ядра, действие на прочность связи, вызываемое зависимостью массы электрона от скорости, будет сильно возрастать с зарядом ядра, как следует из формулы (11) Зоммерфельда. Для уровней энергии, соответствующих удалению электрона из самых внутренних областей атома, мы можем получить хорошее согласие, применяя простую формулу (11); для вычисления же, хотя бы приближённого, уровней энергии, относящихся к удалению электрона из внешних групп атома, необходимо учитывать влияние остальных электронов. Но это обстоятельство, с другой стороны, даёт возможность получить на основании рентгеновских спектров данные об электронной конфигурации во внутренних частях атома. Этот вопрос рассматривается в многочисленных обстоятельных исследованиях Зоммерфельда и его учеников, а также Дебая, Вегарда и других. В связи с этим следует указать, что де Бройль и Довийе в недавно появившейся работе полагают, что они получили экспериментальное подтверждение предположений о числе электронов в атомных группах, к которым пришёл Довийе на основании соображений о периодической системе, подобных воззрениям Лэнгмюра и Ладенбурга. В вычислениях, производимых в связи с этими исследованиями, предполагается, что электроны различных групп атома движутся в различных отдалённых областях; действие электронов внутренних групп на движение внешних электронов в первом приближении сводится к простому экранированию притяжения ядра. На основе представлений о строении атома, развитых здесь, соотношения будут существенно иными: для вычисления прочности электронной связи недостаточно учитывать только то, что электроны слабо связанных групп в большей части своего пути находятся вне орбит сильно связанных электронов; приходится принимать во внимание, что, вообще говоря, на некотором участке пути электроны глубоко проникают в области орбит сильно связанных; электронов. На основании последнего обстоятельства, с влиянием которого мы уже познакомились при рассмотрении сериальных спектров, нельзя уже рассчитывать на то, что «поправка на экранирование» даёт возможность определить прочность связи электрона; эта поправка сводилась бы к вычитанию постоянной величины из