Согласно Н. Бору, все под оболочки данной оболочки в заполненном состоянии содержат одинаковое число электронов. Далее, по Н. Бору, каждая под оболочка не сразу застраивается полностью. Электроны могут входить в последующую под оболочку, хотя предыдущая осталась недостроенной. Электронную структуру наружной оболочки атома аргона он изображал так: 31=4, 32—4 и 3з=0, а максимальная емкость под оболочек в этом случае составляла 6 электронов. В атоме аргону таким образом, оказывалась незаполненной не только третья оболочка в целом, но и каждая под оболочка в отдельности. В процессе же достройки происходило заполнение каждой из недостроенных под оболочек, причем было неясно, в какой последовательности электроны входят в ту или иную из них (т. е. заполнялись ли прежде 3i- и Зг-подоболочки или начиналось построение Зз-подоболочки).
Посмотрим, как объяснял Н. Бор химическую инертность благородных газов. Фактически боровская теория не давала четкого ответа. Химическая инертность обусловливается законченностью наружной оболочки, но полностью завершенной оболочкой характеризуются лишь атомы гелия и неона, у которых завершились построением первая ЛГ-оболочка и вторая L-оболочка соответственно. Для всех последующих благородных газов наблюдалась иная картина: незавершенными оказывались не только оболочки, но и соответствующие под оболочки. У аргона проявлялась конфигурация электронных орбит (4, 4-42) такая же, как у неона, но здесь уже и не могло быть речи о законченной оболочке. А. Зоммерфельд отмечал, что «качественное подобие периферической конфигурации неона и аргона встретится и у остальных благородных газов Кг, Хе и Rn; оно является очевидным подтверждением боровской теории периодической системы». Однако качественное подобие само по себе не вскрывало причин стабильности восьми электронной конфигурации наружной оболочки. А. Зоммерфельд писал по этому поводу: «Когда мы называли восьми электронную оболочку благородных газов особенно устойчивой конфигурацией, то это вовсе не было теоретическим объяснением, а только выражением эмпирических фактов»1.
Уточнение вопроса о распределении электронов внутри оболочки с данным значением главного квантового числа п (т, е. выяснение вопроса о емкости отдельных под оболочек) было проведено в 1924 г. английским физиком Э. Стонером. Он сформулировал следующие положения:
1. Достройка незаконченной оболочки состоит только в том, что строятся новые под оболочки, а не в том, что достраиваются уже частично заполненные.
2. Под оболочки у атомов элементов, стоящих в начале периодов, либо заполняются целиком, либо не заполняются совершенно.
Отсюда следовало, что емкость электронных под оболочек,
1 Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. M.—Я, 1926, с. 391.
составляющих данную оболочку, неодинакова. Так, согласно Э.Стонеру, L-оболочка должна была состоять из 2,-подобо-лочки (2 электрона) и 22-подоболочкй (6 электронов), но последняя как бы подразделялась на две части: в первой —
2, во второй—4 вакантных места для электронов. Поэтому стонеровскую схему распределения электронов можно представить следующим образом:
Анализируя схему
3. Стонера, мы видим уже более четкие контуры действительной последовательности заполнения электронных подоболочек. Прежде всего при заполнении под оболочки для любого значения л реализуется двух электронная гелиевая конфигурация. Далее числа электронов в последующих под оболочках (яг, из, пл и т.д.) намечены Э.Стонером совершенно правильно (6, 10, 14 и т. д.), однако их внутренняя структура представлялась довольно своеобразно: по его мнению, она состояла из двух неравноценных частей. В этом был, конечно, определенный смысл. Э. Стонер полагал, что, после того как завершилась под оболочка, при заполнении /12-подоболочки сначала реализуется электронная конфигурация, аналогичная н-подоболочке, а затем застраивается вторая часть лг-подоболочки, содержащая 4 электрона. Эта группа из четырех электронов в свою очередь как бы повторяется в начале заполнения лз-подоболочки и т. д. Основной же вывод Э. Стонера был таков: заполнение любой электронной подо-болочки, раз начавшись, происходит последовательно до ее максимальной емкости.
|