Cтраница 3
Спектры щелочных атомов очень похожи на спектр атома водорода. Это можно предположить, руководствуясь их классической моделью, в соответствии с которой щелочной атом состоит из валентного электрона, который движется в кулоновском поле ядра и усредненном поле остальных электронов, которые находятся на орбитах, более близких к ядру. [31]
Явление испускания ионов состоит несомненно из следующих элементарных процессов: восстановление окиси щелочного металла, диффузия щелочного атома к поверхности и испарение его в виде положительного иона. Так как сродство внешних электронов щелочного атома к металлу поверхности больше, чем к самому щелочному атому, то при испарении щелочной атом оставляет один электрон на поверхности, покидая ее таким образом в виде положительного иона. [32]
Явление испускания ионов состоит несомненно из следующих элементарных процессов: восстановление окиси щелочного металла, диффузия щелочного атома к поверхности и испарение его в виде положительного иона. Так как сродство внешних электронов щелочного атома к металлу поверхности больше, чем к самому щелочному атому, то при испарении щелочной атом оставляет один электрон на поверхности, покидая ее таким образом в виде положительного иона. [33]
Можно, однако, внести следующие упрощения: во-первых, принять, что электроны, находящиеся во внутренних замкнутых оболочках, прочно связаны с ядром. Их экранирующее действие можно учесть, представляя себе, что ядро окружено соответствующим облаком зарядов. Аналогичное предположение делается в теории щелочных атомов, когда движение внешнего электрона в самосогласованном поле рассматривают, как проблему одного тела. Такое допущение вносит лишь незначительные количественные ошибки. [34]
XII мы также увидим, что состояния, которые не меняются во времени - а состояния, отвечающие уровням энергии атомов, с большой вероятностью обладают этим свойством - должны быть собственными состояниями оператора энергии. Таким образом, появление физических состояний из (1.10) сделало бы формулировку теории чрезвычайно неудовлетворительной и вызвало сомнение в адекватности предположения III. В этой главе мы выполним вычисления для щелочных атомов и увидим, что их спектр не позволяет дать ответ на этот вопрос. [35]
Если атом обладает и орбитальным, и спиновым магнетизмом, расщепление носит более сложный характер. Наблюдается так называемый аномальный зееман-эффект, теория которого также рассматривается в курсе атомной физики. Напомним для примера, что дублеты головных линий главной серии щелочных атомов расщепляются на десять компонент каждая линия соответственно на четыре и шесть составляющих), а, скажем, триплет цинка дает 18 составляющих. [36]
Для перевода захваченных локальными уровнями электронов обратно в зону проводимости надо затратить значительно меньшую работу, чем та, которая необходима для перевода в эту зону электронов из валентной зоны. Следовательно возможен переброс электронов обратно в зону проводимости за счет тепловой энергии или под действием электрического поля. Исходя из приведенной качественной квантово-электронной теории, рассмотрим один из возможных механизмов процесса, ионизации и перемещения щелочных ионов через стекло. Электрон адсорбированного щелочного атома захватывается ловушкой вблизи зоны проводимости, а образовавшийся положительный ион под действием поля перемещается через запрещенную зону для электронов и попадает в отрицательную ионную вакансию. [37]
Линии главной серии всех щелочных элементов ( с переходами типа s - р) представляют собой дублеты вследствие расщепления уровней р-терма на два подуровня. Вспрмним, например, хорошо известную желтую линию спектра натрия. Причина расщепления заключается во взаимодействии спинового магнитного момента электрона с орбитальным. Именно изучение спектров щелочных атомов в свое время привело к идее о существовании спина электрона. [38]
Для щелочных атомов большего размера такая конфигурация становится менее выгодной, потому что из-за взаимного отталкивания ионы щелочного металла не могут расположиться близко от иона свинца. Это приводит к качественному изменению образующихся конфигураций. По имени немецкого химика, предложившего в 30 - х годах принцип формирования ионных конфигураций, они называются структурными единицами Зинтля. Если электрон перейдет с щелочного атома на атом РЬ, то у иона РЬ - на внешней оболочке окажется пять электронов, как у атома Р или As. При этом вблизи каждого атома оказывается по восемь электронов: пять своих и по одному из ковалентной связи с каждым из трех соседей в тетраэдре. Аналогично ведут себя ионы Sn -, которые образуют тетраэдры ( Зщ) 4, обрамленные четырьмя щелочными ионами. [39]
Линейчатые спектры атомов, содержащих более одного электрона, имеют, вообще говоря, значительно более сложную структуру, чем спектр водорода, рассмотренный в § 13.3. Относительно более простыми являются линейчатые спектры атомов так называемых щелочных металлов ( Li, Na, К, Rb, Zs), находящихся в первой группе менделеевской системы. Атомы этих элементов имеют, как показано в § 14.5, один внешний электрон и заполненные внутренние электронные оболочки. Оптические линейчатые спектры атомов щелочных металлов объясняются поведением внешнего электрона, движущегося в электрическом поле атомного остатка - ядра и заполненных электронных оболочек. Можно ожидать, что спектральные термы щелочных атомов в этих случаях будут аналогичны термам водородоподоб-ных систем. Как мы увидим дальше, опыт подтверждает это предположение. [40]
Электрон зоны проводимости может быть локализован около одного из положительных ионов. У дна зоны проводимости энергетические уровни отщепляются, образуя непрерывный спектр флук-туационных уровней. Эти уровни являются акцепторами или ловушками электронов. Если в свободном состоянии потенциал ионизации рассматриваемых щелочных атомов не меньше 3 8 эв, то ионизационные потенциалы адсорбированных щелочных атомов на стекле составляет десятые доли электрон-вольта. [41]
Атомы щелочных, щелочноземельных и некоторых других металлов, адсорбированные на металлических поверхностях, легко могут превращаться в соответствующие ионы. Это превращение сопровождается переходом электрона от адсорбированного атома к поверхности адсорбирующего металла. Образовавшиеся ионы затем испаряются с нагретой нити. Для того чтобы образование и1 последующее испарение ионов имело место, ионизационный потенциал V щелочных атомов должен быть меньше, чем работа выхода ф того металла, из которого изготовлена нить. Металл способен не только испускать электроны, но и захватывать их, и поэтому при рассмотрении хемосорбции весь металл как одно целое можно уподобить отдельному атому, характеризуемому как энергией ионизации ( eVj еф), так и родством к электрону ( - ЕА. [42]
Атомы щелочных, щелочноземельных и некоторых других металлов, адсорбированные на металлических поверхностях, легко могут превращаться в соответствующие ионы. Это превращение сопровождается переходом электрона от адсорбированного атома к поверхности адсорбирующего металла. Образовавшиеся ионы затем испаряются с нагретой нити. Для того чтобы образование и последующее испарение ионов имело место, ионизационный потенциал V щелочных атомов должен быть меньше, чем работа выхода ф того металла, из которого изготовлена нить. [43]
Электрон зоны проводимости может быть локализован около одного из положительных ионов. У дна зоны проводимости энергетические уровни отщепляются, образуя непрерывный спектр флук-туационных уровней. Эти уровни являются акцепторами или ловушками электронов. Если в свободном состоянии потенциал ионизации рассматриваемых щелочных атомов не меньше 3 8 эв, то ионизационные потенциалы адсорбированных щелочных атомов на стекле составляет десятые доли электрон-вольта. [44]
Уже при изучении атома водорода и водородоподобных систем необходимо учесть взаимодействие между орбитальными и спиновыми магнитными моментами, а для многоэлектронных атомов роль этих взаимодействий очень существенна. Энергия спин-орбитального взаимодействия невелика, и поэтому оно не изменяет общей картины найденных ранее уровней энергии. Если последняя осуществляется несколькими способами, то каждый уровень для состояний с / 7 0 распадается на соответствующее число близких подуровней. Это приводит к расщеплению спектральных линий на несколько компонент. Опыт показывает, что линии серии Лаймана ( и аналогичных серий водородоподобных систем: иона Не, щелочных атомов и др.) распадаются на пары-дублеты, что приводит к выводу о двояко ориентирующемся спиновом магнитном моменте. [45]