Между тем изучение поведения электрона в электрическом и магнитном полях позволило сделать вывод, что двух квантовых чисел, характеризующих состояние электрона, недостаточно. В самом деле, можно рассматривать три типа движения электрона в магнитном поле: а) эллиптическое движение вокруг ядра, б) вращение эллипса в собственной плоскости и в) вращение плоскости эллипса вокруг направления поля. Первым двум типам движения соответствовали главное (л) и побочное (к) квантовые числа. Для характеристики третьего типа движения было введено магнитное квантовое число тк. Геометрически оно представляло собой проекцию побочного квантового числа к на направление поля. Связь между тремя квантовыми числами (л, к и тк) устанавливалась теперь следующим образом: при данном побочное квантовое число может принимать значения: 1, 2, 3, .... л; магнитное: — л, — (я—1), — (п—2\ О, ..., (л-1), л; т.е. в общей сложности (2л+1) значении. Следовательно, каждое атомное состояние в магнитном поле распадается на (2л +1) различных состояний и каждое из них определяется особым, «разрешенным» наклоном плоскости орбиты к направлению магнитного поля.
Введение магнитного квантового числа привело к дальнейшему уточнению «места» отдельного электрона в под оболочке: электрон 1.1, имеющие одинаковые значения л и А:, различались по значению тку причем каждому определенному значению тк могло соответствовать только 2 электрона. Но являются ли эти электроны полностью тождественными?
В 19:25 г. С. Гоудсмиг и Г. Уленбек высказали предположение, что, помимо своего вращения вокруг ядра, электрон должен совершать еще одно вращательное движение, а именно вращаться вокруг собственной оси. Это предположение явилось прямым следствием попыток объяснить спектральные явления. Благодаря такому вращению электрон приобретает собственный момент количества движения (или спин), принимающий лишь два значения: -f 1/2 и -1/2. Так было введено четвертое квантовое число.
Вскоре, однако, представление о квантовых числах претерпело довольно существенные изменения в рамках квантовой механики, хотя с формальной точки зрения «назначение» каждого из них осталось прежним. Вместо побочного квантового числа к стали пользоваться так называемым орбитальным квантовым числом /, которое при данном л может принимать значения 0, 1, 2, (л-1), т.е. всего л значений. Магнитное же квантовое число т, могло, таким образом, принимать целочисленные значения от-/ до +/ (включая нулевое), в целом, следовательно, (2/+1) значений.
Незадолго до того, как представления квантовой механики были применены к теории строения атома, В.Паули сформулировал так называемый принцип запрета, согласно которому в атоме не может быть двух электронов, состояние которых описывалось бы совершенно одинаковым сочетанием четырех квантовых чисел (л, I, т, и та). Тем самым еще более четко был конкретизирован вопрос о «месте» отдельного электрона в электронной конфигурации атома.
Формулировка принципа Паули явилась, пожалуй, высшей точкой разработки теории периодической системы в период до возникновения квантовой механики.Этот принцип позволял вычислить емкость отдельных оболочек и подоболочек. Тик, максимальное число электронов в подоболочке с данным значением / равно удвоенному значению возможных состояний при одном и том же сочетании значений л, / и mt
N, =2(2/+ 1).
Однако в отношении структуры периодической системы на основе принципа Паули уже нельзя было сделать столь же определенных выводов. Невозможно было решить вопрос о длине периодов; из принципа Паули не следовал теоретический вывод реальной схемы формирования электронных конфигураций атомов по мере роста Z. В этом обстоятельстве и заключался формализм разработанной к середине 20-х годов теории периодической системы. Поэтому возникла необходимость поисков принципиально нового теоретического подхода к интерпретации реальной схемы. Это стало возможным благодаря применению квантовой механики к проблеме строения атома.
|