s5_atomfiz_exam_nah_book

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

електрон на оболонці характеризується орбітальним квантовим числом . Це припускає збереження орбітального моменту кількості руху для кожного електрону. Проте, закон збереження кількості руху справедливий лише для частинок, що рухаються в центральносиметричному силовому полі, і не має місця в інших випадках. Проте, поле складного атома, що створюється атомним ядром і електронами, не має точної сферичної симетрії. До рівняння Шредінґера повинна входити не усереднена потенціальна енергія точкового заряду, а потенціальна енергія, котра є функцією всіх координат електронів атома.

14.4. Прикінцеві зауваження

Існуючі уявлення про будову атома дозволяють, використовуючи принцип Паулі та принцип мінімізації енергії, визначити електронну конфігурацію атомів. Повністю заповненим оболонкам відповідають нульові орбітальний і спіновий моменти, внаслідок чого їх можна не враховувати при визначенні термів для валентних електронів. Вони також відіграють незначну роль при визначенні хімічних і інших властивостей елементів.

Починаючи з Z>20, починає відігравати більш значну роль відцентрова енергія, урахування якої дозволяє в першому наближенні пояснити деталі електронної конфігурації всіх елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва. Усе це дозволяє дійти до висновку, що періодичний закон властивостей елементів відображає періодичність у заповненні електронних оболонок атомів. Подібність властивостей елементів зв’язана з однаковою кількістю електронів на зовнішній валентній оболонці їхніх атомів.

Кількісна теорія атома потребує подальшого вдосконалення моделі, у якій необхідно більш точно врахувати особливості просто-

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

Лантаніди

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

Актиніди

14.5.Контрольні запитання та вправи

1.Яку кількість елементів могли б утворити атоми, що мають електрони із квантовими числами до n=6?

2.Чому енергії іонізації елементів з атомними номерами від 20 до 29 дуже близькі один до одного, а в інших послідовностях елементів спостерігаються більш значні зміни енергії іонізації?

3.Було помічено, що атомні номери атомів інертних газів визнача-

ються за схемами: Z(He)=2(12)=2; Z(Ne)=2(12+22)=8; Z(Ar)=2(12+22+22)=18; Z(Kr)=2(12+22+22+32)=36; Z(Xe)=2(12+22+22+32+32)=54; Z(Rn)=2(12+22+22+32+32+42)=86. Пояс-

ніть походження ціх схем.

4.Чому третій період має лише 8, а не 18 елементів?

5.Чим відрізняються елементи, що знаходяться в одній групі, але в різних підгрупах?

6.Які загальні риси електронних конфігурацій мають лантаноїди й актиноїди?

7.Чим пояснюється періодичність будови й властивостей елементів?

8.Яка роль орбітального руху в моделі будови періодичної системи елементів?

9.У чому нестійкість важких елементів?

10.Назвіть основні недоліки квантомеханічної моделі періодичної системи елементів.

11.Чи мають загальні риси глибокі енергетичні рівні атомів з різними атомними номерами?

12.Які особливості електронної конфігурації лантаноїдів та актиноїдів?

Тестові завдання

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

1.ДАЙТЕ ВИЗНАЧЕННЯ, ЩО ТАКЕ: А) ЕЛЕКТРОННА КОНФІГУРАЦІЯ, Б) ЕЛЕКТРОННИЙ ШАР, В) ЕЛЕКТРОННА ОБОЛОНКА, Г) ЕЛЕКТРОННИЙ СТАН.

1)стан атома з певною енергією та хвильовою функцією;

2)стан атома з конкретними значеннями квантових чисел: головного та орбітального;

3)розподіл електронів за їх електронними оболонками;

4)стан атома з конкретним значеннями квантових чисел при врахуванні спін-орбітальної взаємодії;

5)стан атома при певному головному квантовому числі;

6)стан атома з конкретними значеннями чотирьох основних квантових чисел;

7)стан атома з певною енергією.

2.ЩО ВИЗНАЧАЄ НОМЕР ГРУПИ В ПЕРІОДИЧНІЙ ТАБЛИЦІ МЕНДЕЛЄЄВА?

1)вищу валентність атома;

2) число неспарених електронів на останній оболонці;

3)загальне число електронів на останній оболонці;

4)число електронів в атомі;

5)вказує головне квантове число останнього електронного шару.

3.ЯКИМ КВАНТОВИМ ЧИСЛОМ ВИЗНАЧАЄТЬСЯ ЧИСЛО ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДАХ ПРИ НЕВЕЛИКИХ ЗНАЧЕННЯХ ЗАРЯДУ ЯДРА?

1) головним; 2) орбітальним; 3) спіновим; 4) магнітним орбітальним; 5) магнітним спіновим.

4. У АТОМА ЗАПОВНЕНІ K, L, M ШАРИ ТА ОБОЛОНКА 4s.

ЯКИЙ ЦЕ АТОМ?

1) Мідь ( Z 29) ; 2) Титан (Z 22) ; 3) Цинк (Z 30) ; 4) Каль-

цій (Z 20) .

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

5. ВІД ЯКОГО КВАНТОВОГО ЧИСЛА ЗАЛЕЖИТЬ ВАЛЕТНІСТЬ АТОМА?

6. ЕЛЕМЕНТИ ТРЕТЬОЇ ГРУПИ МАЮТЬ ЕЛЕКТРОННУ КОНФІ-

ГУРАЦІЮ s2 p В НОРМАЛЬНОМУ СТАНІ ТА ПРИ НЕВЕЛИКІЙ ЕНЕРГІЇ

ЗБУДЖЕННЯ sp2 . ЯКА ВАЛЕНТНІСТЬ ЦИХ АТОМІВ?

1) 1; 2) 2 ; 3) 3 .

7. ЯКА МАКСИМАЛЬНА КІЛЬКІСТЬ ЕЛЕКТРОНІВ МОЖЕ ЗНА-

ХОДИТИСЬ НА d ТА f ОБОЛОНЦІ?

8. ЯКА ПОСЛІДОВНІСТЬ ЗАПОВНЕННЯ ЕЛЕКТРОННИХ ОБОЛОНОК?

Насамперед заповнюється оболонка, для якої:

1)найменша сума квантових чисел: головного і орбітального;

2)менше головне число і більше орбітальне;

3)більше головне число і менше орбітальне;

4)при рівності сум головного і орбітального квантових чисел для різних оболонок ті, для яких менше головне число;

5)визначається принципом Паулі та принципом мінімуму енергії.

9.З ЯКОГО ХІМІЧНОГО ЕЛЕМЕНТА ПОЧИНАЄТЬСЯ ЗАПОВНЕННЯ R ШАРУ?

1) Золото; 2) Цезій; 3) Францій.

10. ЧОМУ В ГРУПІ АКТИНІДІВ ТА ЛАНТАНІДІВ ЗНАХОДИТЬСЯ ПО 14 ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ?

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

1)оскільки заповнюються s,d, f оболонки;

2)оскільки заповнюється тільки f оболонка;

3)оскільки частково заповнюються d та f оболонки.

11. ЯКА ПРИЧИНА ПОРУШЕННЯ ПОСЛІДОВНОСТІ ЗАПОВНЕННЯ ОБОЛОНОК?

1)вплив сил кулонівського відштовхування протонів;

2)вплив сил кулонівського відштовхування електронів;

3)спін орбітальна взаємодія електронів;

4)вплив орбітального руху електронів.

12. ЧИМ ВІДРІЗНЯЮТЬТСЯ ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ В ОДНІЙ ГРУПІ, АЛЕ В РІЗНИХ ПІДГРУПАХ?

1)головним квантовим числом незаповненої оболонки;

2)орбітальним квантовим числом незаповненої оболонки;

3)електронною конфігурацією;

4)плетністю термів;

5)валентністю.

Література

1.Матвеев А.Н. Атомная физика. Учеб. пособие для студентов вузов.-

М.: Высш. шк.- 1989. – 489с. ( §54, 55, 56).

2.Белый М.У., Охрименко Б.А. Атомная физика. - К.: Вища шк., Го-

лов. из-во, -1984, -271с. ( §6.1 - 6.2).

3.Шпольский Э.В. Атомная физика Том II. - М.: Из-во «Наука». - 1974, -575с. (§90, 91, 92, 93).

4.Гайда Р.П. Атомна фізика. Львів. –1965. - 356с. (§50).

5.Контдратьев В.Н. Структура и спектры молекул. Гос. Издат. Физ.-

мат. Лит. М.: 1959. -524с. (§19,20, 21, 22).

6.Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. Гос. Издат. Физ.-мат.

Лит. М.Л.: 1963. - 640с (§49...59).

Глава 14. Будова та заповнення оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів

7.Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика.: Учеб. Пособие, часть 1, Атомная физика. М.: - Наука, Гл.ред. физ. Мат. Лит. - 1986. -416. (§47).

8.Веселов М.Г., Лабзовский Л.Н. Теорія атома: Строение електронних оболочек. – М.: Наука, Гл. Ред.. физ. Мат. Лит., 1986. – 328 с.

Глава 15. Рентгенівські промені

Глава 15. РЕНТГЕНІВСЬКІ ПРОМЕНІ

«Великим досягненням людського генія є те, що людина може відкрити явища, які вона не може уявити».

Л. Ландау

15.1. Характеристичний спектр рентгенівських променів. 15.2. Спектри поглинання рентгенівських променів. 15.3. Оже-ефект. 15.4. Висновки. 15.5. Контрольні запитання та вправи, тестові завдання. Література.

РЕНТГЕН ВІЛЬГЕЛЬМ КОНРАД (1845-1923)

Німецький фізик.

Три роки Рентген вивчав машинобудування, виявивши особливий інтерес до прикладної математики і технічної фізики. В 1869 одержав за статті по теорії газів ступінь доктора філософії. У 1875 здав іспити на право викладати фізику і математику і став професором Вищої сільськогосподарської школи в Гоенгеймі. У 1894 став ректором Вюрцбургського університету. В цьому університеті 8 листопада 1895 зробив відкриття, яке принесло йому всесвітню

відомість. Досліджуючи електричні розряди в скляних вакуумних трубках, він помітив дивне світіння кристалів, які лежали на столі. Паперова ширма, покрита платиносинеродистим барієм, світилася блідо-зеленим світлом. У ході подальших дослідів з «невидимими променями» Рентген знайшов інші загадкові явища: фотоплівки, упаковані у світлонепроникний папір, після прояву виявилися засвіченими. Предмети, поміщені між трубкою і ширмою (книга, шматок алюмінію, важки в дерев'я- ній шухляді), пронизувалися променями в більшому чи меншому ступені. Але самий хвилюючий момент наступив, коли Рентген побачив кістки своєї руки, яку він тримав між розрядним апаратом і світловим екраном. Протягом майже двох місяців Рентген на самоті працював у лабораторії над вивченням властивостей нових променів: їхнім відбиттям, поглинанням, здатністю іонізувати повітря. 28 грудня 1895 він виступив з першим повідомленням про своє відкриття перед Вюрцбургським фізико-медичним товариством. Відкриття Рентгена відразу залучило до себе увагу: брошура з його доповіддю за кілька днів була видана п'ять разів і переведена на англійську, французьку, італійську та російську мови. В 1896 цій роботі було присвячено більше ніж 50 публікацій. Вчений відкинув пропозицію Берлінського електричного товариства передати йому за велику суму право на використання його винаходу. Рентген вважав, що його відкриття повинно стати надбанням усього суспільства. Природа таємничих променів була пояснена лише в 1912 фізиками Лауе і Кніппінгом.

Лауреат Нобелівської премією 1901 р. з фізики «у знак визнання надзвичайно важливих заслуг перед наукою, а саме за відкриття Х-променів, названих згодом його ім'ям».