Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Каждый полупериод периодической системы заканчивается так называемыми переходными элементами, обведенными в табл. 4 пунктирными рамками. Это триады: (железо, кобальт, никель), (рутений, родий, палладий), (осмий, иридий, платина), помещаемые обычно в одну клетку периодической системы.
Особого внимания заслуживают 14 элементов от церия до лютеция включительно, называемые редкими землями или лан-танидами. В них происходит заполнение внутренней 4/-оболочки Поскольку при этом наружные оболочки практически остаются без изменения, все элементы редких земель обладают весьмг близкими химическими свойствами, и поэтому их трудно от де лить один от другого. Лантаниды в табл. 4 обведены сплошной рамкой.
Представляет интерес история открытия элемента 72 (гаф ния). Этот элемент до 1922 г. не был известен, но место для него ошибочно оставляли среди редких земель. Однако Бор указал, что по теоретическим соображениям элементы редких земель должны заканчиваться 71-м элементом (лютецием), а элемент 72 по химическим свойствам должен быть аналогом циркония (Z = 40). После этого указания его стали искать и действительно обнаружили в циркониевых рудах.
Подобно лантанидам ведут себя актиниды. Так называют 14 элементов, большинство из которых получено искусственно. Это — элементы от тория до лоуренсия включительно. В табл. 4 они также обведены сплошной рамкой. В них происходит заполнение внутренней 5/-оболочки, в то время как наружные оболочки практически остаются незатронутыми. Поэтому, как и лантаниды, актиниды обладают весьма близкими химическими свойствами.
298
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
[ГЛ. VI
Мы оборвали периодическую систему на элементе 109, искусственно полученном к настоящему времени. Это, конечно, не означает, что в дальнейшем не могут быть получены элементы с большими атомными номерами.
7. Успехи теории периодической системы химических элементов несомненны. Однако необходимо иметь в виду и принципиальные недостатки существующей теории. Один из них был уже указан в пункте 2. Добавим к нему следующее. Электроны в каждой оболочке атома характеризуются орбитальными квантовыми числами I. Это предполагает сохранение численного значения орбитального момента количества движения для каждого электрона. Но закон сохранения момента количества движения справедлив для частицы, движущейся в центрально-симметричном силовом поле, и не имеет места в других случаях. Поле же, в котором движется электрон в атоме, создается ядром и остальными электронами. Оно не обладает сферической симметрией. Даже в случае одного наружного электрона, когда все внутренние оболочки заполнены, сферическая симметрия получается в результате квантовомеханического усреднения. В уравнение же Шредингера, определяющее движение электронов, входит не усредненная потенциальная энергия, а потенциальная энергия, понимаемая классически, как функция координат всех (точечных) электронов (см.§ 21, пункт 3).
§ 48. Рентгеновские лучи
1. Рентгеновские лучи в рентгеновских трубках получаются при торможении ускоренных электронов на аноде (в старых трубках — на антикатоде; см. т. III, § 117). Волновые свойства рентгеновских лучей были установлены в 1912 г. Лауэ и его сотрудниками Фридрихом (1883—1968) и Книппингом (1883— 1935), осуществившими дифракцию этих лучей в кристаллах (см. т. IV, § 61). Еще раньше, в 1905 г., Баркла (1877—1944)
установил, что если рентгеновские лучи действительно являются волнами, то эти волны должны быть поперечными. В опыте Баркла пучок рентгеновских лучей S (рис. 86) рассеивался на теле А. Наличие рассеяния обнаруживалось с помощью ионизационной камеры — рентгеновские лучи, попа-Рис. 86 дая в камеру, производили ионизацию
воздуха, делая его проводящим. Рассеянное под углом 90° излучение попадало на тело В и вновь рассеивалось. Оказалось, что интенсивность вновь рассеянного излучения в направлении ВС, перпендикулярном к плоскости Si4B, равна нулю, тогда как в других направлениях, в частности в направлении BD, антипараллельном Si4, рассеяние происхо-
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
299
дило. На основании этого Баркла и заключил, что рентгеновские волны, если рентгеновское излучение действительно СОСТОИТ из них, должны быть поперечными.
В самом деле, если волны поперечны, то электрический вектор в падающем луче 5/1 и возбужденные им колебания электронов в теле А можно разложить по направлениям АВ и ВС. Первые колебания, в направлении АВ, излучения не дадут, так как колеблющийся электрон не излучает в направлении его колебаний. К телу В дойдет только волна с электрическим вектором, параллельным ВС. Она возбудит колебания электронов в том же направлении. Следовательно, излучения в направлении ВС не возникнет.
Разумеется, рентгеновские лучи в опытах Баркла должны были обладать достаточной жесткостью, чтобы на своем пути в воздухе не испытывать заметного поглощения. Для этого напряжение на трубке должно быть достаточно высоким. По той же причине тела А и В делались из материала с малым атомным номером Z (уголь в опытах Баркла). Иначе при высоких напряжениях на трубке в случае больших Z получилось бы собственное характеристическое излучение (см. ниже) и притом значительной интенсивности. Уголь, парафин и пр. дают слабое и мягкое собственное излучение, поглощающееся в воздухе на пути уже в несколько сантиметров, а потому не мешающее постановке опыта.
