Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
818
VI.3. ATOM
полях с напряженностью Е, превосходящей IO7? , на-
M
блюдается расщепление:
Av2 = [17п2 - 3(/ij - п2)2 - 9т2 + 19]^°° ,
зависящее, помимо прочих квантовых чисел, также от магнитного квантового числа т. Квадратичный эффект Штарка всегда отрицателен и смещает энергетические уровни в сторону меньших энергий.
6. ПРИНЦИП ПАУЛИ. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
1°. В квантовой механике различают два типа частиц — бозоны и фермионы. Систему одинаковых бозонов описывают симметричной полной волновой функцией, не изменяющейся при перестановке «местами» (состояниями) любых двух частиц в системе. Систему одинаковых фермионов описывают антисимметричной полной волновой функцией Ta, которая изменяет знак при перестановке «местами» (состояниями) любых двух частиц в системе.
2°. Принадлежность частицы jc бозонам или фер-мионам зависит от значения квантового числа, определяющего квадрат модуля спина:
S2 = й2 s(s + 1).
Если s — целое неотрицательное число (s = 0, 1, 2, ...), то частица является бозоном (частица с целым спином). Если s — полуцелое положительное число =
полуцелым спином).
Примечание. Под спином частицы часто понимают sti, т. е. максимальное значение проекции спина S на избранное направление (например, направление внешнего поля).
3°. В применении к атому, в котором электронное состояние однозначно определяется набором четырех квантовых чисел: главного п, орбитального I, магнитного орбитального т и магнитного спинового ms, прин-
\ ’ I ’ I ’ •" J ’ то частица — фермион (частица с
Vl 3.6. ПРИНЦИП ПАУЛИ ПЕРИОД. СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ 819
цип Паули гласит: в атоме каждый электрон обладает своим набором квантовых чисел п, I, т и ms, отличным от набора этих чисел для любого другого электрона.
4°. Принцип Паули лежит в основе систематики заполнения электронных состояний в атомах и дает объяснение периодичности свойств химических элементов — Периодической системе элементов Д. И. Менделеева.
Общее число электронных состояний в многоэлектронном атоме при данном главном квантовом числе п равно п_1
2 >Г (21+1) = 2п2.
і = о
Электроны, занимающие совокупность состояний с одинаковым значением числа п, образуют электронный слой.
5°. В каждом из слоев электроны распределяются по оболочкам, соответствующим данному значению I (I < п - 1). Максимальное число электронных состояний в подоболочке с данным I равно 2(21 + 1).
6°. Порядок заполнения электронных состояний в слоях, а в пределах одного слоя — в оболочках следует порядку расположения энергетических уровней с данными nnl. Сначала заполняются состояния с наименьшей возможной энергией, затем состояния со все более высокой энергией. Для легких атомов этот порядок соответствует тому, что сначала заполняется слой с меньшим п и лишь затем начинается заполнение электронами следующего слоя. В пределах одного слоя сначала заполняются состояния с I = 0, а затем состояния с большими I, до I = п 1.
7°. Начиная с калия (Z = 19) указанный порядок заполнения электронных слоев часто нарушается, так как оказывается, что некоторым состояниям электронов с большим значением п соответствует меньшая энергия, чем в еще не занятых состояниях с меньшим п. Это относится к состояниям (п + I)s и (п + 1 )р (сравните с состояниями nd и nf). Элементы, у которых происходит достройка предыдущих слоев (подоболочки 3d, 4d, 4f, 5d и 5/) при уже частично заполненных последующих слоев, называются переходными.
8°. В табл. VI. 2 указано распределение электронов по состояниям (слоям и оболочкам) в атомах различных химических элементов, а также основные термы соответствующих атомов.
820
VI.3 ATOM
Таблица VI.2
Z Элемент К Af Я О P Q Нор- маль- ное со- стоя- ние
Is 2s 2р 3s Sp Zd 4s 4р 4d 4/ 5s 5р bd 5/ 6s Єр 6d 7s
I H 1 2$1/2
2 He 2 1S0
3 Li 2 1 2^i/z
4 Be 2 2 1S0
5 В. 2 2 1 2 0 1/2
6 С 2 2 2 W о
7 N 2 23 4S0 3/2
8 О 2 24 з P2
9 F 2 2-5 2P0 3/2
10 Ne 2 26 1S0
11 Na 2 26 1 2Sl/2
12 Mg 2 26 2 1S0
13 Al 2 26 21 2P0 1/2
14 Si 2 26 3^o
15 P 2 26 23 4S0 °3/2
16 S 2 26 24
17 Cl 2 26 2 5 2P0 3/2
18 Ar 2 26 26 1S0
Vl 3.6. ПРИНЦИП ПАУЛИ ПЕРИОД. СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ 821
Продолжение табл.
Z Элемент К L M N О P Q Нор- маль- ное со- стоя- ние
Ifi 2s 2р 3s 3р 3d A s Ар Ad Af 5s 5р bd 5f 6s 6р 6d 7s
19 К 2 26 26 L 2®1/2
20 Ca 2 26 26 2 1S0
21 Sc 2 26 2 6 1 2 2-°3/2
22 Ti 2 26 262 2 -iF-Z
23 V 2 26 263 2 4^3/2
24 Cr 2 26 265 1 7S3
25 Mn 2 26 265 2 6®5/2
26 Fe 2 26 266 2 sA1
27 Co 2 26 2 6 7 2 4^9/2
28 Ni 2 26 2 68 2
29 Cu 2 26 2 610 1 2Sl/2
30 Zn 2 26 2 6 10 2 1S0
31 Ga 2 26 2 6 10 2 1 V 1/2
32 Ge 2 26 2 6 10 2 2 CO о
33 As 2 26 2 6 10 23 4S0 °3/2
34 Se 2 26 2 6 10 24 3^2
35 Br 2 26 2 6 10 2 5 2P0 3/2
36 Kr 2 26 2 6 10 26 1S0
822
VI.3. ATOM
Продолжение табл.
Z Элемент К L M N О P Q Нор- маль- ное со- стоя- ние
Is 2» 2р 3s 3р Sd 4s 4р 4d 4f 5s 5р bd 5f 6s 6р 6d Is
