Динамическая структура атомов (стр. 8 )

Внешние оболочки атомов благородных газов образованы восемью попарно связанными эллиптическими орбитами. Четыре пары орбит вписаны в воображаемый куб вдоль его соответствующих диагоналей. Эллиптические орбиты валентных электронов образуют розетку с восемью лепестками (рис. 3е). В результате у атомов благородных газов формируются выделенные направления с повышенной электронной плотностью. Каждая из 4-х пар орбит в электрическом отношении представляет пару локальных дипольных моментов, равных по величине и противоположных по направлению, в сумме имеющих нулевые дипольные моменты. Это предопределяет предельно низкую химическую активность атомов благородных газов.

Характерным для рассмотренных выше атомов является то, что образование каждого последующего атома таблицы Менделеева обусловлено увеличением заряда ядра у предшествующего атома на единицу +е. Образованный положительно заряженный ион становится активным центром притяжения, способным к захвату электрона. В основе данного подхода к формированию атомов лежит принцип центрального поля ядра, логически вытекающий из достигнутого понимания природы и механизма формирования атомов.

Согласно данному принципу каждый из атомов, последующих после атома водорода, образуется в результате присоединения к ядру единичного положительного заряда, обеспечи-вающего захват электрона и формирование тем самым электрически нейтрального атома с порядковым номером на единицу большим номера предыдущего атома. Фактически принцип центрального поля лежит в основе построения существующей системы элементов. Он радикально отличается от так называемого принципа заполнения Паули [10, с.386], основанного на идее несуществующих в природе водородоподобных орбиталей атомов.

Структура внутренних оболочек атомов формируется по общим для всех атомов таблицы Менделеева принципам в соответствии с диполь-оболочечной моделью: K-оболочка с двумя электронами соответствует гелийподобной орбите; L-оболочка имеет 8 электронов, которые образуют 4 пары связанных гелийподобных эллиптических орбит, встроенных в высокосимметричную октаэдрическую конфигурацию; последующие оболочки имеют 18 или 32 электронов [1].

Основные параметры многоэлектронных атомов. Понимание электрической природы атомов и механизма формирования электронных оболочек атомов позволяет подойти к определению параметров многоэлектронных атомов с общих позиций. Следуя гипотезе квантования электронных оболочек, ближайший незанятый уровень водородоподобной структуры соответствует главному квантовому числу n = 2, которому соответствует радиус, равный 2. Это означает, что в приближении водородоподобных атомов с учетом (15) ожидаемая энергия связи многоэлектронных атомов должна быть равной при п = 2 и .

Наличие у атомов константы экранирования приводит к переходу электрона от круговой обиты к эллиптической. Исходным для описания динамического поведения многоэлектронных атомов является уравнение (1), решением которого выступает энергия связи

фактор, учитывающий взаимодействия между валентными электронами и рассчитывается на основании принятой модели электронной конфигурации атома.

В это уравнение входит большая полуось , которая тем самым выражает причинную обусловленность эллиптичности орбит от эффективного заряда остова . Его физический смысл заключается в том, что отличие эффективного заряда q остова атома от единичного заряда e приводит к изменению орбитальной скорости электрона и соответственно к переходу от круговой орбиты к эллиптической. Константу экранирования можно найти на основании сравнения опытных одноэлектронных потенциалов ионизации с энергией связи одно-электронных катионов , так что

где порядок ионизации атома с порядковым номером .

Выбор многозарядного потенциала в качестве определяющей величины объясняется тем, что этим достигается переход от эллиптической орбиты атома к круговой. Этим исключается фактор взаимодействия валентных электронов на измеряемую величину потенциалов. По сути, одноэлектронные катионы, у которых остовы катионов имеют единичный заряд е и энергию связи , и как следствие этого ‒ круговую электронную орбиту, фактически выступают в качестве «эталона» сравнения.

Явление экранирования для понимания электронного строения вещества представляется чрезвычайно важным, поскольку различие зарядов остовов атомов приводит к различию межатомных взаимодействий, что обеспечивает саму возможность связывания атомов между собой и обеспечивает тем самым саму возможность образования молекул и вещества в целом [9].

Входящий в (16) параметр вводится с целью учета энергии взаимного отталкивания электронов в выражении для энергии связи атомов. В общем случае энергия формируется в результате действия на выделенный электрон сил отталкивания со стороны остальных валентных электронов, так что

где энергия отталкивания выделенного электрона от каждого из остальных валентных электронов, кратчайшие расстояния, соединяющие выделенный электрон с остальными валентными электронами, и зависит от угла между радиусом и соответствующим отрезком (см. рис. 3). В силу сферической симметрии все валентные электроны равноправны и они дают одинаковые вклады в результирующую энергию отталкивания .

Слагаемое с коэффициентом в (16) представляет «конфигурационный» вклад и находится из простых геометрических построений. Введение эксцентриситета во второе слагаемое уравнения (16) позволяет учесть динамический эффект электронов на своих эллиптических орбитах. Сущность данного эффекта была установлена на примере атома гелия. Для расчета коэффициента в общем случае необходимо во втором слагаемом уравнения (18) величину межэлектронного расстояния выразить через эффективный радиус аэфф = (aN+)/2= а/2, где длины большой и малой полуоси эллиптической орбиты, которые связаны соотношением [6]