Cтраница 2
Существует еще один вид магнитных материалов, открытых совсем недавно - это члены семейства со структурой ортосили-катов, называемых гранатами. Это тоже кристаллы, в решетке которых содержатся два сорта металлических атомов; здесь мы снова сталкиваемся с ситуацией, когда оба сорта атомов можно заменять почти по желанию. Среди множества интересующих нас составов есть один, который обладает ферромагнетизмом. В структуре граната он содержит атомы иттрия и железа и причина его ферромагнетизма весьма любопытна. Здесь снова по квантовой механике соседние спины противоположны, так что это опять замкнутая система спинов, в которой электронные спины ионов железа направлены в одну сторону, а электронные спины ионов иттрия - в противоположную. Но атомы иттрия очень сложны. В их магнитный момент большой вклад вносит орбитальное движение электронов. Вклад орбитального движения для иттрия противоположен вкладу спина, и, кроме того, он больше его. Таким образом, хотя квантовая механика, опираясь на свой принцип запрета, стремится направить спины ионов иттрия противоположно спинам ионов железа, результирующий магнитный момент иттрия в результате орбитального эффекта оказывается параллельным спинам ионов железа. И соединение работает как настоящий ферромагнетик. [16]
Заполнение подуровней электронами происходит определенным образом. До элемента с атомным номером 20 ( кальций) при увеличении заряда-ядра растет количество электронов на внешних s - и / - подуровнях. После того, как у кальция заполняется 4 s2 - подуровень, дальнейшее пополнение более тяжелых атомов электронами происходит другим способом. У атома скандия ( атомный номер 24) новый электрон не становится на 4р - подуровень: новому электрону энергетически выгоднее поместиться на уровне с меньшим главным квантовым числом. Так начинает формироваться Sd-подуровень. Аналогично в пятом периоде у атома иттрия ( атомный номер 39) начинает формироваться 4й - подуровень, у лантана - 5 -подуровень, а у актиния - 6й - подуровень. На каждом d - подуровне может быть не более 10 электронов, которые располагаются на пяти орбиталях. Еще более сложно формирование 4 / - подуровня у группы редкоземельных элементов. Наиболее важно рассмотреть свойства элементов, имеющих с. Энергетические характеристики различных d - op - биталей довольно близки друг к другу. Поэтому а-электроны при наличии незаполненных орбиталей легко переходят в возбужденное состояние при действии даже слабых квантов видимой части спектра. Наличие d - электронов способствует легкому образованию разнообразных комплексов. [17]
По-прежнему оставалось неясным общее число редкоземельных элементов и не находила объяснения удивительная близость их свойств. Это приводило многих ученых к мысли, что классификация редкоземельных элементов представляет непреодолимую трудность для периодической системы. Никакие пространственные построения таблицы, никакие размещения элементов в трехмерном пространстве, никакие спирали, конусы, цилиндры, к которым прибегали ученые, предлагавшие свои варианты системы, не указывали да и не могли указать выхода из положения. Не кроется ли разгадка в самой необычной близости свойств редких земель. Быть может, по своей внутренней природе они отличаются от других элементов периодической системы или же мы по-просту еще неправильно представляем себе природу химических элементов вообще. Подобные мысли легли в основу пресловутой гипотезы мета-элементов, которая была предложена английским ученым Круксом в 1886 г. Он предположил, что все редкоземельные элементы - это модификации хотя бы какого-то одного общего элемента. На этом основании Крукс сделал вывод, что первоначальный иттрий является элементом, имеющим конечный атомный вес; он взаимодействует с другими элементами и может быть отделен от них как целое. Однако при тщательном фракционировании атомы иттрия могут быть рассортированы в различные группы, дающие различные спектры фосфоресценции, и имеющие по-видимому, различные атомные веса. С химической же точки зрения эти группы однородных атомов ведут себя одинаково. Крукс назвал такие модификации общего элемента мета-элементами, которые сходны между собой больше, чем обычные ( общие) элементы друг с другом. [18]
Считая очень важным уточнение атомного веса и валентности церия, Менделеев экспериментально определил его теплоемкость. Лучшие куски ( 3 5 г), прокаленные в струе водорода, дали для церия теплоемкость... Аналогичный теоретический анализ был проведен Менделеевым для иттрия - самого распространенного элемента среди РЗЭ иттрие-вой подгрупы. Иттрий не принадлежит к числу лантанидов и стоит в периодической системе над лантаном. Поэтому его атомный вес существенно отличается от атомного веса лантана, а также церия и других лантанидов. Он принял, согласно Берцелиусу, Делафоптену, Поппу, Бунзену и Бару ( статья О весе атома иттрия [ 18, с. Менделеев полагал, что по закону периодичности иттрий следует поместить между стронцием и цирконием, придав его окиси формулу R2O3 [ 18, с. Неполное совпадение рассчитанной и найденной величины Менделеев совершенно справедливо объяснил трудностями, возникающими при очистке препаратов иттрия от примесей церитовых металлов, а также эрбия и тербия. [19]