Техника - молодёжи 1962-02, страница 29

ОТКРЫТАЯ ТРИБУНА СМЕЛЫХ ГИПОТЕЗ

/5>>.

ас

8^s X

о

** эг 2

2

^ВГ

[Ёо|#№

э^ЕфэиНыХ

ОБр/ЮчЕК

Всем хорошо известна так называемая планетарная модель строения атома. В центре атома находится положительно заряженное ядро, и вокруг него по замкнутым орбитам, подобно планетам солнечной системы, вращаются электроны. Здесь не учитывается взаимное отталкивание одинаково заряженных частиц и положение электронов определяется исключительно взаимодействием с ядром.

А между тем силы отталкивания велики, поэтому пренебрегать ими нельзя. Доказательством этому — полученные на опыте значения ионизационных потенциалов. Ядро притягивает к себе электрон, и чтобы оторвать последний от атома, необходимо затратить определенную работу. Она-то и называется потенциалом ионизации {в 'результате отрыза образуется ион, то есть положительно заряженный атом).

Пусть у атома на какой-нибудь оболочке находятся два электрона. В «планетарной модели» для удаления каждого электрона из атома мы должны были бы затратить одну и ту же работу. А из опыта известно, что для первого электрона работа отрыва значительно меньше, чем для второго. В чем же дело? Когда мы отрываем один электрон, второй отталкивает его от ядра, как бы помогая нам, и поэтому мы затрачиваем меньшую работу. Когда же дело доходит до второго электрона, то помощи мам ждать неоткуда (другого электрона уже нет), и для ионизации необходима гораздо большая работа. Отсюда ясно, что -при расчете электронных оболочек атомов необходимо учесть взаимодействие электронов (силы отталкивания между ними).

Квантовая механика позволила точно решить вопрос о строении одноэлектронной оболочки атома водорода. Обычно считают все многоэлектронные оболочки «зодэ-г. родоподобными» и не учитывают взаимо

действия между электронами. Квантовая механика создала и более точные методы расчета, «о и у них есть существенныэ недостатки. Расчет по этим методам .сложен и громоздок. «Поэтому зачастую химики и кристаллографы вынуждены обходиться без методов квантовой 'Теории атомов.

Предлагаемая гипотеза пытается представить строение электронных оболочек атомов простым и наглядным способом. Рассмотрим (Движение электронов вокруг положительно заряженного ядра. Одноименно заряженные электроны

к. 2. При движении по круговой орбите общее поле от-шкивания электронов «размазывается» и принимает вид то-

Ш.

§ х

** ^

Ш

Л

К. 1. Мгновен-л форма элек-меского поля. одель атома ге-

⁴ .Ж J&T vV, .V ojf ЯГ -- А т у*

Рис. 3. За счет прецессии и нутации тороид \<размазывается» в полый шар.

отталкиваются друг от друга. При движении они будут располагаться как можно дальше один от другого, чтобы меньше «мешать» друг другу. Это неизбежно приводит к симметричному их расположению. |Наиболзэ удаленные положение будут устойчивыми, то есть при каждом отклонении электронов от таких положений они будут стремиться вернуться назад. Поэтому за основу построения гипотезы берется принцип «наименьшей помехи» и симметричного расположения электроноз относительно ядра.

Как известно, в кристаллографии успешно используются модели кристаллических решеток, построенные из шарообразных атомов. При этом за радиус атома принимается половина расстояния между центрами соседних атомов. Используем аналогичную модель для «упаковки» (то есть пространственного расположения) электронов вокруг ядра.

В атоме гелия по принципу «наименьшей помехи» электроны, двигаясь вокруг ядра, расположатся по концам диаметра — симметрично относительно ядра (рис. 1). Мгновенная форма электрического поля может быть приближенно представлена в виде двух соприкасающихся шаров, радиусы которых равны радиусу средней орбиты электронов. При движении по круговой орбите общее поле отталкивания от других электронов «размажется» и примет вид тороида (тороид по форме похож на обыкновенный бублик, наш же вместо дырки имеет небольшое углубление) (рис. 2).

Если взять обыкновенный волчок и закрутить его, то ручка волчка двигается по конусу и одновременно мелко дрожит, В механике эти явления называются прецессией и нутацией.

Электронный тороид обладает свойствами волчка, поэтому аналогичные явления происходят и с ним. За счет очень сильной прецессии и Мутации он «размажется» в полый шар (рис. 3). Диаметр тороида и шара не остается все время постоянным, а пульсирует вокруг своего среднего, наиболее устойчивого положения. Это и есть электронная оболочка инертного газа — гелия.

Электрон, двигающийся по весьма сложной траектории, создающейся при вращении, прецессии, нутации и радиальной пульсации, образует «электронное облако», плотность которого* соответствует «густоте» расположения витков траектории в пространстве. Говоря о «положении» электрона, мы подразумеваем места с наибольшей плотностью электронного облака, где электрон бывает чаще всего. Менее вероятные положения электрона рассматриваются как отклонения от устойчивых (наиболее вероятных) положений.

Рассмотрим «захват» третьего электрона «гелиеподобным» двухэлектронным ионом, Анализ сил, действующих на этот электрон, показывает, что трехэлектронный тороид из-за неустойчивости третьего электрона в таком положении образоваться не может. Притяжение ядра «затянет» третий электрон в чеуглубление» против центра уже имеющегося двух-электронного тороида (рис. 4). Поэтому третий электрон не эквивалентен первым двум, расстояние его от ядра будет большим. А это и означает, что электрон попадет не в первую, а во вторую электронную оболочку атома. Значит, начало образования второй электронной оболочки атомоз совпадает с началом второго периода таблицы Менделеева.

27