Структура атома лития

Математическая модель (25) Нильса Бора позволяет рассчитать спектр только водородоподобного атома лития. Спектры двух других электронов эта модель уже не рассчитывает. В результате в совокупности с уравнением Шредингера и принципом Паули модель атома лития оказывается такой (рис. 24) [6].

Рис. 24. Схема атома лития, следующая из старой теории атома

В соответствии с принципом Паули на первой S орбитали (светлая зона внутри) могут находиться только два электрона. Тогда третий электрон располагается на второй S орбитали (более тёмная зона). Никакой информации об энергиях связи электронов с ядром нет.

Наша теория атома позволяет рассчитать спектры всех электронов. Для нас важны спектры первого и второго электронов, так как спектр третьего электрона рассчитывает и формула Бора (25). Причем, наибольшую ценность имеют энергии связи электронов с ядром атома (табл. 17).

Таблица 17. Энергии связиэлектрона атома водорода и первого, второго и третьего электронов атома лития с ядром

n
	13,6	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38	0,28	0,21	0,17
	14,06	3,51	1,56	0,88	0,56	0,39	0,29	0,22	0,17
	54,16	13,54	6,02	3,38	2,17	1,50	1,10	0,85	0,67
	122,5	30,6	13,6	7,65	4,90	3,40	2,50	1,91	1,51
n
	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
	0,14	0,12	0,10	0,08	0,06	0,06	0,05	0,05	0,04
	0,54	0,45	0,38	0,32	0,28	0,24	0,21	0,19	0,17
	1,23	1,01	0,85	0,72	0,63	0,54	0,48	0,42	0,38

Анализируя таблицу 17, видим близость энергий связи электрона атома водорода и первого электрона атома лития на первом, втором и третьем энергетических уровнях и почти полное совпадение на всех остальных. Это – одно из доказательств того, что первый электрон атома лития взаимодействует с одним протоном ядра.

Нетрудно видеть, что если в атоме лития останется один (третий) электрон, то он начнет взаимодействовать сразу с тремя протонами и его энергия связи с ядром, соответствующая первому () энергетическому уровню, определится по формуле [2], [3].

, (130)

что совпадает со значениями этой энергии в табл. 17 и подтверждает нашу гипотезу о том, что если в атоме остаётся один электрон, то он взаимодействует одновременно со всеми протонами ядра.

Рассчитаем энергию связи третьего электрона () атома лития с ядром в момент пребывания его на 5 энергетическом уровне

(131)

Как видно, это значение согласуется с аналогичной энергией связи третьего электрона атома лития с ядром в момент пребывания его на пятом энергетическом уровне (табл. 17). Поскольку атом лития с одним электроном – это водородоподобный атом, то для убедительности рассчитаем энергию связи второго электрона () этого атома с ядром в момент его пребывания на седьмом энергетическом уровне [2], [3].

. (132)

Этот результат также согласуется с энергией связи второго электрона атома лития в момент пребывания его на седьмом энергетическом уровне (табл. 17).

Если бы нам удалось измерить энергии связи с ядром двух остальных электронов атома лития, не удаляя из него первый электрон, то оказалось бы, что все три электрона имеют одинаковые энергии связи с ядром. Однако, постановка такого эксперимента вряд ли возможна на данном этапе научных исследований. Но гипотетическое объяснение этого явления мы уже привели [2], [3]. Совпадение результатов расчетов по формуле (132) с экспериментальными результатами, представленными в табл. 17, доказывает жизнеспособность такого объяснения.

Нетрудно представить, что различные значения энергий связи разных электронов атома лития (табл. 17), соответствующие первому энергетическому уровню (), получаются потому, что после удаления из атома первого электрона, освободившийся протон начинает взаимодействовать со вторым электроном, увеличивая его энергию связи до величины близкой к энергии связи второго электрона атома гелия ().

После удаления из атома и второго электрона, в ядре оказывается два свободных протона, которые немедленно начинают взаимодействовать с оставшимся третьим электроном, увеличивая его энергию связи с ядром в раз.

Если мы начнем последовательно возвращать все электроны в атом, то количество протонов, взаимодействовавших ранее с одним электроном, начнет уменьшаться. Уменьшится и энергия связи этого электрона до величины примерно равной энергии связи с ядром электрона атома водорода.

Из изложенного следует следующая модель атома лития (рис. 25) [2], [3]

Связь устанавливается путем взаимодействия разноименных электрических полей протонов и электронов, которые сближают их, и одноименных магнитных полюсов, которые ограничивают это сближение. Получается так, что каждый электрон взаимодействует только с одним протоном ядра атома (рис. 25).

N 1

Рис. 25. Схема моделей ядра и атома лития: N - ядро атома;

1,2,3 - номера электронов

Анализ схемы на рис. 25 показывает, что симметрично расположенные электроны будут иметь одинаковые энергии связи с ядром. На электрон, расположенный справа от ядра, будут действовать электростатические силы отталкивания двух других электронов, поэтому он будет расположен дальше от ядра и его энергия ионизации будет наименьшей. Этому электрону мы присваиваем первый номер и обратим внимание на то, что энергия ионизации его () меньше соответствующей энергии ионизации атома водорода (). Схема атома лития (рис. 25) позволяет понять причину такого различия. Как видно, два симметрично расположенных осевых электрона (2 и 3) своими электростатическими полями удаляют первый электрон от ядра, уменьшая энергию его ионизации [2], [3].

Дата добавления: 2014-01-04