Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Особый интерес в картине электронного строения атомов естественного ряда химических элементов, основанной на
зависимости ¦JEj = J(Z), представляет то, что линейные графики
изономерных серий электронов в первых трех квантовых слоях - K, L, M, сближаясь, по мере возрастания Z, пересекаются в окрестности
Z ~ 125. Значение величины VE (эВ) в точках пересечения составляет 461+0,04; 228,32+0,09; 152,36+0,05 для K, L и М-слоев соответственно. Физическое содержание точек пересечения самым непосредственным образом связано с энергетической устойчивостью электронных структур атомов, что, в свою очередь, проливает свет на проблему верхней границы периодической системы.
Проблема верхней границы естественного ряда химических элементов имеет два аспекта - аспект ядерной устойчивости сверхтяжелых атомов и аспект их электронной устойчивости. Первого аспекта мы касаться не будем, а кратко остановимся на втором.
Электронная устойчивость атомов определяется критическим значением Z, выше которого существование атомов невозможно из-за мгновенного орбитального захвата электрона. Определение критического значения Z и является, следовательно, решением означенной проблемы. Именно с этой точки зрения и представляет
интерес величина Z ~ 125, где пересекаются графики ¦JEj = J(Z) K, L
и M квантовых слоев. Если продлить каждый из пересекающихся графиков в область значений Z > 1 25, то окажется, что энергия связи электронов более удаленных от ядра выше таковой менее удаленных, что, конечно же, противоестественно. Из этого логично сделать вывод, что в окрестности Z ~ 125 лежит граница устойчивости электронных структур атомов. При Z < 125 структуры устойчивы, а при Z > 125 их формирование энергетически невозможно. Другими словами, Z ~ 125 можно рассматривать как верхнюю границу периодической системы. Этот вывод находится в довольно близком
36
согласии с вычисленной в 1 928 г. П.Дираком величиной критического Z = 1 37 [см.2], а также с вероятностными данными об устойчивости электронных конфигураций атомов с Z = 11 4, 1 26 и 140 (см. [2]).
Заканчивая рассмотрение процесса формирования электронных структур атомов с позиций зависимости JEj = J(Z) и в последовательности от тяжелых элементов к легким, следует еще раз подчеркнуть, что только идя по этому пути можно приблизиться к пониманию природы тех закономерностей, какие управляют электронной структурой атомов естественного ряда химических элементов и их положением в периодической системе. Одной из задач новых исследований в этой области - спектроскопических, магнитных, энергетических и др., должна быть попытка найти объективное объяснение причин несовпадения полученных в этой работе данных с данными предыдущих исследований. При этом надо не убояться возможности переосмысления некоторых "квантово -механических" постулатов, лежащих в основе существующих представлений о периодической системе. Не убояться признания того, что истинные (глубинные) причины периодичности свойств атомов, различного количества электронных квантовых слоев в атомах, различного числа элементов в периодах и др., до настоящего времени не раскрыты.
2.3. Размеры свободных атомов с позиций эффективных параметров их внешних электронов
Обсуждая особенности электронного строения атомов, вытекающие из зависимости JEj = J(Z), нельзя не коснуться и проблемы определения размера атомов, которая также решается с рассмотренных позиций.
Понятие размера атомов или атомных радиусов вошло в научную литературу в 20е годы ХХ-го столетия, после появления работ Брегга (1920г.), Хаггинса (1926г.), Гольдшмидта (1926-1928гг.) по вычислению межатомных расстояний в кристаллических веществах. В последующие десятилетия исследования в этом направлении продолжили Полинг (1934, 1947гг.), Лавес (1937г.), Бокий (1953г.), Слетер (1964, 1965гг.), Лебедев (1969г.) и ряд других исследователей. Библиографию и обзор работ по этой проблематике можно найти в статьях и книгах С.С.Бацанова [25, 26], В.С.Урусова [27, 28], А.Р.Регеля, В.М.Глазова [29], Г.Б.Бокия [30] и др. [31-33].
В итоге более чем полувековой работы многих исследователей в этом направлении было опубликовано более десяти систем атомных радиусов:
37
1. Система эмпирических атомных радиусов по Бреггу.
2. Система металлических атомных радиусов по Гольдшмидту.
3. Эмпирическая система металлических атомных радиусов по Бокию.
4. Система кристаллических и нормальных ковалентных атомных радиусов по Полингу-Хаггинсу-Бацанову.
5. Система атомных радиусов Слетера.
6. Система орбитальных атомных радиусов Уобера-Кромера.
7. Система ионно-атомных радиусов Лебедева.
8. Система ван-дер-ваальсовых радиусов по Бонди.
9. Система ионных радиусов Аренса.
1 0. Система радиусов изолированных атомов, основанная на квантово-механических расчетах по Бойду.
Анализ и сопоставление перечисленных, а также ряда других система атомных радиусов наиболее полно дан в работе С.С.Бацанова [25], поэтому мы на этих вопросах здесь не останавливаемся. Отметим лишь, что из перечисленных систем только в трех сделана попытка оценить размеры свободных (изолированных) атомов - это в системах Слетера, Уобера-Кромера и Бойда. В других же системах размеры атомов определялись исходя из межатомных расстояний в кристаллах простых веществ, химических соединений или в молекулах. Поскольку же образование кристаллов, соединений и молекул неизбежно связано с перекрыванием орбит валентных электронов, судить об истинных размерах атомов химических элементов в свободном состоянии на основании этих данных нельзя. Не случайно размеры атомов одних и тех же элементов в разных системах варьируют в довольно широких пределах, отличаясь друг от друга на десятки процентов.
