|
Центральным звеном боровской интерпретации периодической системы явилось представление о ступенчатом характере заполнения электронных оболочек в атомах элементов, начиная с четвертого периода. Н. Бор опирался при этом на фактический характер изменения химических свойств элементов, отражаемый периодической системой, и на закономерности спектроскопии. Это позволяло выбрать для наружных электронов атомов калия и кальция 4,-орбиты.
У. элементов, начиная со скандия (Z=21), электроны должны заполнять квантовые орбиты, вследствие чего происходит, согласно Н. Бору, «образование одной из внутренних электронных групп атома». При этом в четвертом периоде на 3, Зо- и Зз-орбитах должно содержаться по 6 электронов. Заполнение электронных оболочек в пятом периоде объяснялось аналогичным образом.
Особый интерес представляет шестой период, содержащий редкоземельные элементы. Н. Бор сделал вывод, что в их атомах происходит достройка четырех квантовых орбит до полного завершения четвертой оболочки. Тем не менее Н. Бор не считал, что у редкоземельных элементов заполняется определенная электронная под оболочка (по современной терминологии); он лишь четко определял число этих элементов, равное четырнадцати. Поэтому в данном случае еще нельзя говорить об окончательном решении проблемы «редких земель» с точки зрения строения их атомов. Однако было весьма существенным, что элемент № 72 уже не мог принадлежать к редкоземельному семейству. Открытие в 1923 г. гафния Д. Костером и Г. Хевеши (см. далее) явилось блестящим подтверждением боровской теории.
Создание формальной теории периодической системы. Таким образом, Н. Бор заложил фундамент формальной теории периодической системы. Важнейшие ее выводы состояли в следующем:
I. Заполнение оболочек в атомах по мере роста Z происходит ступенчато, т.е. может начаться заполнение оболочки с главным квантовым числом (л+ 1), хотя оболочка, отвечающая значению л, осталась незавершенной. Исключение составляют лишь первые два периода системы: в каждом из них заполнение К- и L-оболочек происходит нацело.
2. В атоме каждого щелочного металла, открывающего период, начинается заполнение новой оболочки, причем периоды заканчиваются благородными газами, имеющими устойчивую электронную конфигурацию наружных оболочек (2 или 8 электронов).
3. Отдельные типы электронных конфигураций наружных оболочек атомов периодически повторяются и являются сходными у элементов-аналогов.
4. У атомов элементов, входящих в главные подгруппы, происходит заполнение электронами наружных оболочек, тогда как у элементов побочных подгрупп застраиваются предыдущие.
Характеризуя боровскую интерпретацию периодической системы, А. Зоммерфельд в 1924 г. писал: «В целом перед нами полное и непринужденное толкование химических фактов. На основании многочисленных спектральных данных мы с еще большей уверенностью можем полагаться на качественную справедливость этой теории периодической системы, хотя точный расчет и заставит себя ждать, вероятно, очень долго»1. Именно отсутствие этого «точного расчета» и не позволяет говорить о том, что работы Н. Бора привели к окончательной разработке теории периодической системы. Основная трудность заключалась в незнании некоторых существенных деталей формирования электронных конфигураций атомов.
Если число электронов в каждой оболочке определялось однозначно (Лг„ = 2л2), то по поводу «емкости» отдельных под оболочек Н. Бор не мог сделать столь же определенные выводы; более того, его толкование данного вопроса оказалось ошибочным.
Число под оболочек в каждой оболочке принималось равным номеру оболочки (т. е. главному квантовому числу л).
|