О ЧЁМ ГОВОРИТ ЛУЧ СВЕТА

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СЛОИ

Физики собрали в спектроскопических лабораториях все известные элементы. Они бомбардировали атомы различных элементов быстрыми электронами, отщепляли от атомов то один, то два, то несколько электронов, действовали на атомы сильными магнитными электрическими полями, словом, ставили атомы во всевозможные условия. И всё время наблюдали: какие при этом получаются спектры, как эти спектры изме­няются под влиянием различных условий. А из этого делали выводы о том, какие же перестройки происходят внутри атомов.

Рассмотрим один из примеров, показывающий, как по атом­ным спектрам физики определяют строение атомов.

Возьмём элемент литий. Он стоит в таблице Менделеева на третьем месте, у его атомов по три электрона. Если атом не возбуждён, электроны обращаются вокруг ядра по устойчивым орбитам. Все эти орбиты можно занумеровать одним номером 7; но мы должны помнить, что это — номера орбит для разных

Электронов. Не можем ли мы по спектрам атомов лития узнать что-либо ещё о его орбитах?

Будем обстреливать атомы лития из электронной пушки. Мы уже знаем, что при малой энергии электронов-снарядов атомы лития не будут возбуждаться. Первое возбуждение наступит тогда, когда электроны-снаряды достигнут энергии

1, 86 электрон-вольта. При захвате этой энергии наруж­ный электрон лития перейдёт на орбиту 2. Другие электро­ны останутся на своих прежних орбитах: они ближе к ядру, сильнее с ним связаны, такой малой энергией их не возбу­дить. Мы узнаем о возбуждении наружного электрона благо­даря тому, что литий будет испускать излучение с частотой 4,6 -1014; эта частота будет свидетельствовать об обратном перескоке наружного электрона с орбиты 2 на орбиту 1. При захвате следующих порций энергии наружный электрон будет переходить на новые орбиты, а при обратном переско­ке— испускать излучения с новыми частотами.

Чем больше порция захваченной атомом энергии, тем даль­ше будет орбита наружного электрона, тем слабее будет его связь с ядром. При захвате энергии в 5,4 электрон-вольта наружный электрон вылетает из атома совсем, атом стано­вится ионом (однократная ионизация). Если однократно ионизованный ион лития захватит извне медленно движущийся электрон, он испустит излучение с частотой 12,96*1014. За­метим, что частоты, с которыми мы имеем дело при возбу­ждении наружного электрона, лежат в пределах от 4,6-1014 до 12,96« 1014. Последняя частота больше первой всего в 2,9 раза.

При обстреле лития электронами, имеющими энергию не ниже 75 электрон-вольт, появится излучение с частотой 182,0* 1014. Атомы лития, испускающие это излучение, два­жды ионизованы. Второй электрон вылетает из атома при захвате энергии в 75 электрон-вольт. А излучение с ука­занной частотой испускается, когда дважды ионизованный атом лития захватит извне медленно движущийся электрон. Последний, третий, электрон вылетает из атома при захвате энергии в 121 электрон-вольт, что соответствует излучению с частотой 294,7*1014.

Мы получили ряд энергий ионизации лития: первой — 5,4 электрон-вольт; второй — 75 электрон-вольт; третьей— 121 электрон-вольт. Соответствующие этим энергиям частоты: 12,96-1014, 182,0* 1014 и 294,7* 1014. Эти энергии, или часто­ты, показывают, как крепко связаны электроны лития с яд­ром, сколь близко они находятся к ядру.

Сразу видно, что энергия связи второго электрона боль­ше энергии связи наружного, наиболее слабо связанного, электрона в 14 раз. А вот энергия связи третьего, внутрен­него, электрона больше энергии второго всего в полтора с небольшим раза. Связь у двух внутренних электронов с яд­ром почти одинакова, их орбиты находятся недалеко друг от друга. Эти два электрона составляют тесную группу, или, как говорят физики, составляют один слой электронов. На - ^^ ружный электрон у лития обращается вокруг ядра вдалеке от внутреннего слоя электронов (рис. 24).

Так, изучая частоты излучений, учё­ные делают выводы о внутреннем строе­нии атомов, о том, что электроны в ато­мах располагаются по слоям. В тяжёлых

Атомах число таких слоёв достигает семи. Рис. 24. Модель ато - Физики называют их: слой АТ (ка), слой ма лития. Два бли - £ (эль), слой М (эм) и т. д. Эти слои, жайших к ядру элек - кроме того, разделяются ещё на под - трона составляют группы, внутренний слой. Частота рентгеновских излучений на­

Ходится в пределах от 3 * 1016 до 3 • 1019; частота видимого света — в пределах от 0,8* 10й до 0,4* 1014. Следовательно, частота рентгеновских излучений больше частоты видимого света в десятки тысяч раз. Во столь­ко же раз больше и энергия фотонов рентгеновских из­

Лучений.

Из этого следует, что высокочастотные рентгеновские

Спектры испускаются при перескоках электронов, которые движутся глубоко внутри атомов и сильнее всего связаны с ядром. Инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые спектры (их называют оптическими) образуются в результате переско­ков внешних электронов, связанных с ядром слабее. Таким образом, исследования спектров помогли более ясно предста­вить строение атомов.