Объяснить особенности спектра атома водорода, находящегося в магнитном поле, теория Бора не могла. Эта трудность была преодолена благодаря работам А. Зоммер-фельда (1915—1916). Он в отличие от Н. Бора допустил существование не только круговых, но и эллиптических орбит электрона. Форма орбиты, согласно А. Зоммерфельду, должна была определяться значением орбитального момента количества движения. Следовательно,' для характеристики движения электрона в атоме одного квантового числа оказывалось уже недостаточно. В связи с этим А. Зоммерфельд ввел второе квантовое число, так называемое побочное, коюрое обозначил через к. Теперь определение возможных орбит электрона основывалось на равенстве отношений большой и малой полуосей эллипса отношениям целых чисел я и «ку» причем при п - к эллиптическая орбита превращалась в круговую.
Таким образом, для каждого стационарного состояния атома, которое ранее характеризовалось значением л, получался целый ряд состояний, соответствующих различным значениям £ от 1 до я (т.е. интервалу изменений побочного квантового числа).
А. Зоммерфельд получил выражение для энергии стационарных состояний атома, зависящее уже от двух квантовых чисел.
Следовательно, вместо одного значения «Е» согласно уравнению получалось «к» значений. Этот вывод оказался очень важным для теории строения атома и для установления ее связи со структурой периодической системы. При одном и том же значении л в атоме должны были содержаться электроны, для которых различны значения «к».
В первых работах Н.Бора и А. Зоммерфельда вопрос о применении теории строения атомов к объяснению периодичности изменения свойств элементов и, следовательно, к разработке теории периодической системы прямо еще не ставился. Закладывались лишь основные предпосылки для его постановки. Главная из них состояла в том, что для истолкования закономерностей изменения свойств элементов с ростом Z нужно было, говоря словами Н. Бора, «предположить отчетливое разделение электронов в атоме на группы; с этой точки зрения разделение элементов на группы в периодической системе следует приписать постепенному образованию электронных групп в атоме по мере увеличения атомного номера»1.
Объяснение явления периодичности на основе боровской теории. Действительная связь свойств химических элементов с распределением электронов в их атомах была вскрыта Н. Бором в 1921 г. Однако неправильно утверждать, что в этом состояла окончательная разработка формальной теории периодической системы. Дело обстояло сложнее.
Н. Бор построил модели атомов элементов. При этом он исходил из разделения электронов на определенные группы или (если пользоваться более поздней терминологией) на электронные оболочки. Каждая электронная оболочка характеризовалась данным значением главного квантового числа, причем «емкость» оболочки равнялась 2л2. Отдельные подгруппы электронов в пределах оболочки различались значениями побочного квантового числа. Поэтому в конечном счете Н. Бор понимал под электронной оболочкой совокупность определенных электронных орбит, характеризующихся одним значением л и разными (возможными при данном л) значениями к. Номер оболочки соответствовал значению л. Н. Бор допускал, что в пределах каждой оболочки электроны подразделяются на под оболочки (на электронные подгруппы), причем число последних также равняется значению л, и входящие в каждую из под оболочек электроны связаны с определенным значением к.
Таким образом, физической основой построения моделей атомов на первых порах было представление о характеристике состояния электронов в атоме с помощью двух квантовых чисел — главного л и побочного к. Эти модели были формальными, поскольку последовательность формирования электронных конфигураций атомов с ростом Z ни в коей мере не вытекала из. боровской теории.- Эта последовательность строилась на основе данных о спектрах различных элементов, с одной стороны, и о химических свойствах элементов —с другой. Н. Бор использовал периодическую систему как модель для последовательного построения электронных конфигурации, атомов с ростом.
|