Спектроскописты зарегистрировали уже миллионы спектральных линий атомов, ионов и молекул (рис.1).

Рис.1. Спектр атома водорода: 2-й () и 3-й () стационарные энергетические уровни электрона

Это самый большой массив экспериментальной информации о микромире. Поэтому правильная интерпретация спектров (рис.1) имеет исключительно важное значение при формировании правильных представлений о микромире.

Спектроскопия ортодоксальной физики базируется на приближённых методах расчета спектров атомов и ионов, следующих из боровской теории орбитального движения электронов в атомах (рис.2).

Рис.2. Ортодоксальное орбитальное движение электронов в атомах

Идея орбитального движения электрона в атоме сформулирована в 1911 году Э. Резерфордом, а в 1913 году появились постулаты Бора о стационарных орбитах и скачкообразных переходах электронов между ними, которые сопровождаются излучением, как тогда считали, квантов энергии. Впоследствии Луи Де Бройль дополнил эти идеи целым количеством длин волн электрона на каждой орбите радиуса .

. (1)

Учитывая, что и , получаем постулированное соотношение Нильса Бора

. (2)

При из - (1) следует . Это был первый трудно интерпретируемый результат, но на это не обратили должного внимания. Проигнорировали и более фундаментальную неясность: каким образом электроны атомов, летающие по орбитам, соединяют их в молекулы?

Тем не менее, полученные результаты позволили точно рассчитать спектр атома водорода, поэтому достоверность указанных идей была признана доказанной. Неспособность постулата Бора и его теории рассчитать точно спектр первого электрона атома второго химического элемента - гелия, требовала тщательного анализа причин такого положения, но это также было проигнорировано. Этому способствовало уравнение Шредингера (3), породившее орбитали, показанные на рис.3.

. (3)

электрон линейное взаимодействие теория спектр

Рис.3. Формы шредингеровских орбиталей

Чтобы как-то ослабить непонимание процесса образования молекул из атомов, понятие орбита заменили понятием орбиталь и пошли дальше, а мы остановимся и попытаемся устранить отмеченные противоречия.

Начнём с самого простого, с анализа спектра атома водорода. Для этого сразу заменим понятия орбита и орбиталь понятием энергетический уровень электрона в атоме.

2. Начало новой теории спектров

Энергия связи электрона атома водорода с протоном в момент пребывания его на первом энергетическом уровне равна энергии ионизации , то есть eV.

Когда электрон поглощает фотон с энергией 10,20 eV и переходит на второй энергетический уровень, то энергия связи его с ядром уменьшается и становится равной 3,40 eV.

(4)

Чтобы устранить противоречие в формуле (4), было принято соглашение: считать энергию электрона в атоме отрицательной и записывать формулу (4) так

(5)

Однако, если учесть полную энергию электрона, то

(6)

и проясняется причина противоречий в формуле (4). Теперь ясно видно, что энергия электрона в атоме - величина положительная, а уравнение (6) отражает изменение только энергий связи электрона при его энергетических переходах, и минусы перед величинами 13,60 и 3,40 означают не отрицательность энергии, а процесс вычитания энергии, расходуемой на связь электрона с протоном ядра.

Запишем аналогичные соотношения для перехода электрона атома водорода с первого на третий и четвертый энергетические уровни.

, (7)

(8)

Из соотношений (6), (7) и (8) следует закон формирования спектра атома водорода

, (9)

где: - энергия поглощенного или излученного фотона; - энергия ионизации, равная энергии такого фотона, после поглощения которого электрон теряет связь с ядром и становится свободным; - энергия связи электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, также равна энергии фотона.

Для атома водорода . С учетом этого математическая модель (9) может быть записана так

. (10)

Мы получили математическую модель закона формирования спектра атома водорода, в которую входят только частоты поглощаемых или излучаемых фотонов, то есть частоты вращения фотонов относительно своих осей. А где же частота вращения электрона вокруг ядра атома? Нет её. В математической модели закона (10) нет и энергии, соответствующей орбитальному движению электрона.

Почти сто лет мы полагали, что электрон в атоме вращается вокруг ядра, как планета вокруг Солнца. Но закон формирования спектра атома водорода (9) отрицает орбитальное движение электрона. Нет в этом законе энергии, соответствующей орбитальному движению электрона, а значит, и нет у него такого движения.

Нетрудно заметить, что по мере удаления электрона от ядра атома (6, 7,8) его энергия связи с ядром изменяется по зависимости

, (11)

где =1,2,3,. - номер энергетического уровня электрона в атоме, главное квантовое число.

Это и есть математическая модель закона изменения энергии связи электрона с ядром любого атома. Величина , входящая в это уравнение, - энергия связи любого электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню. Для электрона атома водорода она равна энергии ионизации , а для электронов других атомов определяется из экспериментальных спектров по специальной методике, которую мы опишем дальше.

Поскольку спектральные линии поглощения совпадают со спектральными линиями излучения, то математическая модель закона излучения должна быть такой же, как и закона поглощения (9) и это действительно так, но мы не будем анализировать этот процесс, так как в результате он даёт формулу аналогичную формуле (9).

Известно, что спектральная линия атома водорода, соответствующая , отсутствует (рис.1), но причина этого долго оставалась неизвестной. При анализе спектра Вселенной, мы найдём эту причину. Она обусловлена тем, что рождающийся атом водорода остывает не сразу, а постепенно в результате электрон не может перейти с самого дальнего энергетического уровня () на первый () и излучить фотон с энергией, равной энергии ионизации атома водорода . Обусловлено это существованием градиента температур между протоном и электроном в момент формирования атома водорода, который вынуждает электрон приближаться к протону ядра ступенчато.

3. Спин фотона и электрона

Понятие спин в квантовой физике характеризует вращение частиц. Мы уже показали, что энергия фотона и энергия свободного электрона, определяются по идентичным формулам:

, (12)

. (13)

Частота колебаний, обозначаемая символом , - широко используется в физике. Принято считать, что это - скалярная величина, которая легко регистрируется современными осциллографами при электрических измерениях. Константа Планка - величина векторная. С учетом этого энергия фотона , определённая по формуле (12), должна быть векторной величиной. Чтобы прояснит эту ситуацию, проанализируем физической суть частоты . Та ли это частота, которую фиксируют осциллографы и на которой построена вся современная электродинамика? Ведь осциллограф фиксирует частоту импульсов совокупности фотонов (рис.4, а), но не частоту, управляющую движением каждого фотона в отдельности (рис.4, b) поэтому нет оснований считать энергию фотона векторной величиной.

Рис.4: а) схема фотонной волны длиною ; b) схема модели фотона с хордоидальным взаимодействием 6-ти его магнитных полей

Чтобы убедиться в этом, проанализируем связь между, как считается, скалярной частотой и угловой частотой , которую принято считать векторной величиной. Эта связь отражена в зависимости , из которой следует, что если угловую частоту рассматривать как векторную величину, то линейная частота - тоже величина векторная. Причём, направления векторов и совпадают (рис.5).

Рис. 5. Схема направления векторов , и

С учетом изложенного правые части формул (12) и (13) можно рассматривать и как скалярные произведения и как векторные произведения двух векторов.

Скалярное произведение двух векторов равно произведению их модулей на косинус угла между ними. Поскольку эти векторы совпадают по направлению, то угол между ними равен нулю (рис.5), а косинус этого угла - единице. В этом случае скалярное произведение этих векторов и равно скалярной величине и тогда энергии единичных фотонов (12) и электронов (13) - величины скалярные.

Если же рассматривать векторное произведение указанных векторов, то оно равно третьему вектору, модуль которого определяется как произведение модулей этих векторов на синус угла между ними. Поскольку синус нуля равен нулю, то векторное произведение этих векторов равно нулю и энергии единичных фотонов (12) и единичных электронов (13) также оказываются равными нулю. Из этого следует, что величины энергий единичных фотонов и единичных электронов не могут быть векторными величинами.

Если такой подход считать корректным, то снимаются мощные ограничения на процессы излучения и поглощения фотонов электронами, возникающие при векторных свойствах энергий единичных фотонов и электронов. Поэтому мы считаем изложенный анализ корректным, а энергии единичных фотонов и электронов - скалярными величинами.

4. Расчет спектра атома водорода

. (18)

Символ обозначает собственную частоту фотона, поглощенного электроном при уходе со стационарного энергетического уровня в свободное состояние. - энергия ионизации атома водорода. Результаты расчета по формуле (18) приведены в табл.4.

Не будем рассчитывать спектры электронов водородоподобных атомов всех химических элементов, а приведём лишь методику расчета для некоторых из них. Рассчитаем, например, спектр электронов водородоподобных атомов гелия и лития.

Так как гелий с одним электроном считается водородоподобным, то энергия связи его электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна энергии его ионизации . Подставляя эти результаты в формулы (9) и (11), найдем (табл.5).

Таблица 4. Энергии связи электронов с ядрами водородоподобных атомов

Таблица 5. Спектр второго электрона водородоподобного атома гелия и энергии связи его с ядром атома

Третий электрон атома лития имеет наибольшую энергию ионизации . Она равна энергии связи этого электрона с ядром атома , соответствующей первому энергетическому уровню . Подставляя в формулы (9) и (11), найдем (табл.6).

Таблица 6. Спектр третьего электрона водородоподобного атома лития и энергии связи его с ядром атома на стационарных энергетических уровнях

Соотношение (9) мы назвали законом формирования спектров атомов и ионов потому, что до выявления этого закона спектры водородоподобных атомов рассчитывались с помощью уравнений Бальмера - Ридберга или Шредингера (3), а для расчета спектров всех последующих электронов использовались приближенные численные методы. Уравнение же (9) позволяет рассчитывать спектры всех электронов, но при определенных условиях. Рассмотрим эти условия подробно на примере расчета спектра первого электрона атома гелия.

6. Расчет спектра атома гелия

Атом гелия имеет два электрона. Энергия ионизации первого , а второго - . Состояние атома гелия, при котором оба его электрона находятся на первых энергетических уровнях, называется основным, невозбужденным. Энергия возбуждения - это энергия поглощенного фотона. Она равна разности между энергией ионизации электрона и энергией связи электрона с ядром атома, соответствующей тому энергетическому уровню, на который переходит электрон после поглощения фотона. Такие уровни мы назвали стационарными.

Атом гелия с одним электроном находится в ионизированном состоянии, поэтому его называют ионом гелия. Мы уже показали, что закономерность изменения энергий стационарных энергетических уровней у всех атомов, состоящих из ядра и одного электрона, одна и та же. Спектры таких ионов рассчитываются по математической модели (11) закона формирования энергий связи электронов с ядрами атомов.

Для этого выпишем из справочника энергии возбуждения первого электрона атома гелия, соответствующие стационарным энергетическим уровням. При , имеем (табл.7).

Таблица 7. Энергетические показатели стационарных энергетических уровней первого электрона атома гелия

Напомним, что энергии связи первого электрона с ядром атома определяются, как разность между энергией ионизации и энергиями возбуждения , равными энергиям поглощаемых или излучаемых фотонов (табл.7).

Обратим внимание на энергию возбуждения 23,01eV (табл.7), соответствующую четвертому стационарному энергетическому уровню. В справочнике А.П. Стриганов [1] её вообще нет, а в справочнике А.Н. Зайдель [2] она приводится без указания яркости линии, то есть как очень слабая или ненаблюдаемая. Как нам поступить в этом случае? Правильнее будет исключить её пока из рассмотрения при поиске закономерности формирования энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням. В аналогичном положении находится и энергия возбуждения, равная 20,96eV. Поэтому исключим и её из рассмотрения. В результате будем иметь (табл.8).

Таблица 8. Энергии связи первого электрона атома гелия с его ядром

Сразу же обратим внимание на то, как был получен эмпирический закон для расчета энергий связи первого электрона атома гелия, приведенный в табл.8, и полностью совпадающий с законом (11), формирующим энергии связи электронов водородоподобных атомов. Для этого была взята энергия 3,37eV, соответствующая в табл.7 энергии возбуждения 21,22eV, и умножена на 4.

Полученное число (табл.8) оказалось энергией связи, соответствующей первому энергетическому уровню (n=1) первого электрона атома гелия. Конечно, это фиктивная энергия, но образовавшийся при этом ряд энергий (табл.8, последняя колонка) полностью совпадает с рядом соответствующих экспериментальных значений, подтверждая правомочность исключения из этого ряда энергий возбуждения 20,96eV и 23,01eV.

Полученный результат показывает, что энергия связи первого электрона атома гелия, соответствующая первому энергетическому уровню , не равна энергии ионизации этого электрона . Почему? Это центральный вопрос, на который мы дадим ответ при анализе процесса формирования атома гелия.

Результаты таблицы 8 требуют возврата к эксперименту по определению спектра первого электрона атома гелия для того, чтобы окончательно установить наличие или отсутствие экспериментальных линий, соответствующих энергиям 20,96eV и 23,01eV.

Невольно возникает вопрос: почему у второго электрона атома гелия значения энергий ионизации и связи с ядром, соответствующей первому энергетическому уровню, совпадают (), а у первого нет (и )?

Ответ на этот вопрос мы получим при анализе структуры атома гелия.

Если формула (9) действительно является законом формирования спектров атомов и ионов, то с её помощью мы должны получить экспериментальные значения энергий возбуждения.

Подставляя в формулы (9) (11) и , получим (табл.9).

Таблица 9. Спектр первого электрона атома гелия

Дальше мы получим спектры и других многоэлектронных атомов, используя метод определения энергии связи электрона с ядром, соответствующей первому энергетическому уровню, разработанный на примере анализа спектра первого электрона атома гелия.

7. Расчёт спектра атома лития

В атоме лития три электрона. Литий, содержащий один электрон, считается водородоподобным атомом. Мы уже показали, как рассчитываются спектры водородоподобных атомов, в том числе и водородоподобного атома лития (табл.4). Рассчитаем спектр второго электрона этого атома.

Энергия ионизации второго электрона атома лития равна . Теперь необходимо найти энергию связи второго электрона атома лития, соответствующую второму энергетическому уровню. Для этого выпишем из справочника ряд экспериментальных значений энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням этого электрона А.Н. Зайдель [2]: 62,41; 69,65; 72,26; 73,48; …eV.

Так как второй электрон атома лития не может занимать первый энергетический уровень, то первая энергия возбуждения 62,41eV в ряду энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням, должна принадлежать второму энергетическому уровню этого электрона. Далее, найдем разность между энергией ионизации этого электрона и энергией возбуждения, соответствующей второму энергетическому уровню .

. (19)

Теперь умножим полученную разность на квадрат главного квантового числа, соответствующего второму энергетическому уровню: Полученный результат будет соответствовать энергии связи второго электрона атома лития с ядром атома в момент пребывания его на первом энергетическом уровне. Вот её значение .

Итак, энергия ионизации второго электрона атома лития не равна энергии его связи с ядром атома, соответствующей первому энергетическому уровню. Подставляя в формулы (9) и (11), получим (табл.10).

Таблица 10. Спектр второго электрона атома лития

Рассчитаем спектр первого электрона атома лития. Его энергия ионизации , а ряд энергий возбуждения, соответствующий стационарным энергетическим уровням, такой: 3,83; 4,52; 4,84; 5,01; 5,11; 5,18; 5,22; 5,25; 5,28; 5,30; 5,31; eV.

Разность между энергией ионизации этого электрона и энергией возбуждения, соответствующей третьему стационарному энергетическому уровню, будет такой: . Далее, найдем энергию связи этого электрона с ядром атома, соответствующую первому фиктивному энергетическому уровню.

. (20)

Итак, энергия ионизации первого электрона атома лития , а фиктивная энергия связи с ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, . Подставляя эти данные в математическую модель формирования спектров атомов и ионов (9) и в формулу (11) расчета энергий связи этого электрона, соответствующих стационарным энергетическим уровням, получим спектр этого электрона (табл.11).

Таблица 11. Спектр первого электрона атома лития

Обратим внимание на то, что в табл.11 нет экспериментального значения энергии, соответствующей второму энергетическому уровню (). Причину этого мы установим при анализе структуры атома лития.

8. Расчет спектра атома бериллия

Атом бериллия имеет четыре электрона. Наибольшую энергию ионизации имеет четвертый электрон, а наименьшую - первый. Не будем приводить расчет спектра четвертого электрона этого атома, так как его результаты приведены в табл.4, как спектра водородоподобного атома. Не будем полностью повторять детали методики расчета спектров третьего, второго и первого электронов этого атома, а приведем лишь ключевые моменты этой методики.

Энергия ионизации третьего электрона атома бериллия равна . Энергии возбуждения этого электрона, соответствующие стационарным энергетическим уровням, составляют следующий ряд [1]: 123,67; 140,39; 146,28; 149,01; 150,50; 151,40 eV. Разность между энергией ионизации и значением первой энергии в этом ряду будет равна

. (21)

Энергия связи третьего электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, определится так

. (22)

Подставляя значения и в формулы (9) и (11), найдем (табл.12).

Таблица 12. Спектр третьего электрона атома бериллия

Второй электрон атома бериллия имеет энергию ионизации и следующий ряд энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням [1]: 3,96; 11,96; 14,7; 15,99; 16,67; 17,08 eV.

Обратим внимание на то, что величина энергии 3,96eV явно выходит за пределы предполагаемой нами закономерности формирования энергий возбуждения. В справочнике А.Н. Зайдель [2] эта спектральная линия значится яркой, поэтому у нас нет оснований исключать её из рассмотрения. У нас остается одна возможность - предположить, что второй электрон атома бериллия может иметь два положения в атоме и связано это со структурой его ядра. Дальше мы будем анализировать структуры ядер атомов и попытаемся найти ответ на возникшую неясность. Сейчас же у нас остаётся одна возможность: считать, что энергия возбуждения 3,96eV и оставшиеся энергии 11,96; 14,7; 15,99; 16,67; 17,08 eV соответствуют разным положениям второго электрона в атоме, поэтому мы попытаемся получить теоретически только ряд 11,96; 14,7; 15,99; 16,67; 17,08 eV. Для этого найдем разность между энергией ионизации и энергией 11,96eV.

. (23)

Тогда энергия связи второго электрона атома бериллия, соответствующая первому фиктивному энергетическому уровню, окажется такой: . Подставляя эту величину и энергию ионизации в формулы (9) и (11), найдем (табл.13).

Таблица 13. Спектр второго электрона атома бериллия

Теория предсказывает (табл.13) существование энергии возбуждения 4,15eV, соответствующей второму энергетическому уровню, но это, по - видимому, фиктивная величина энергии. Причину этой фиктивности мы выясним при алализе структуры атома бериллия.

Первый электрон атома бериллия имеет энергию ионизации и следующий ряд энергий возбуждения [1]: 2,73; 5,28; 7,46; 8,31; 8,69 eV. Отметим, что в справочнике [2] нет энергии 2,73 eV, а в справочнике [1] она приведена без указания её яркости. Это даёт нам основание исключить её из рассмотрения. Тогда разность энергий будет равна , а энергия, соответствующая первому фиктивному энергетическому уровню, окажется такой . Подставляя и в формулы (9) и (11), найдем (табл.14).

Пока что математические модели (9) и (11) дали удовлетворительные результаты. Однако это были спектры атомов и ионов первых четырех элементов таблицы Д.И. Менделеева. Это самые простые атомы.

Таблица 14. Спектр первого электрона атома бериллия

Примечание: экспериментальные значения энергий возбуждения, соответствующие 6-му, 7-му и 8-му энергетическим уровням взяты из справочника [2].

Если электроны действительно прецессируют на ядрах атомов, то при увеличении их количества в атоме они начинают взаимодействовать друг с другом, что не учитывают математические модели (9) и (11). Поскольку процесс прецессирования электрона сопровождается изменением положения его спина , то этот процесс должен сопровождаться поглощением или излучением фотонов. В результате спектральная линия будет расширяться или вместо спектральной линии будут образовываться светлые полосы, что и наблюдается в молекулярных спектрах. Есть основания полагать, что для атомов с большим количеством электронов и для молекул в математических моделях (9), (11) появятся поправочные коэффициенты или тригонометрические функции, которые будут характеризовать прецессию электрона в ячейке атома. Под ячейкой мы понимаем полость конической формы, в основании которой расположен электрон, а вершина направлена к ядру атома.

Возникает вопрос: какую цель можно преследовать, рассчитывая спектры атомов и ионов. Первая цель - получение информации для выявления структуры атома и его ядра. Вторая цель - расчет энергий связей валентных электронов с ядрами атомов для использования их при анализе энергетического баланса в различных химических реакциях. Первая цель представляется далекой и, тем не менее, мы сделаем первые шаги к этой цели. Вторая цель ближе к практике и поэтому заслуживает приоритетного внимания. С учетом этого дальше мы будем пытаться рассчитывать спектры валентных электронов.

При анализе структуры ядер атомов и самих атомов химических элементов мы увидим, что если в атоме находятся все электроны, то их энергии связи с протонами ядер, примерно, одинаковые.

Мы уже условились называть электрон с наименьшим потенциалом ионизации первым электроном. Именно этот электрон является валентным. Дальше мы увидим, что ядра атомов имеют такую структуру, при которой сразу несколько электронов имеют равные потенциальные возможности быть валентными электронами. Поэтому нумерация электронов в атоме - дело условное. Попытаемся рассчитать спектр электрона атома бора, имеющий наименьший потенциал ионизации. Назовем этот электрон первым.

9. Расчет спектра первого электрона атома бора

Атом бора имеет пять электронов. Электрон, который имеет наименьшую энергию ионизации , назовем первым. Он имеет следующий ряд энергий возбуждения [1]: 4,96; 5,93; 6,79; 6,82; 7,44; 7,46; 7,75; 7,88; 7,92; 7,95; 8,02; 8,03; 8,08; 8,09; 8,13; 8,16; 8,18; 8, 20; 8,22; 8,23; 8,24; 8,25; 8,26; 8,27 eV. Достаточно длинный ряд. Обратим внимание на подчеркнутые близкие значения энергий. Это, видимо, дуплеты и триплеты, то есть расщепленные линии. Поэтому расчет должен давать одно из подчеркнутых значений или их средние величины. Посмотрим так это или нет? Разность энергий . Энергия связи этого электрона с ядром атома, соответствующая первому фиктивному энергетическому уровню, определится по формуле . Подставляя и в формулы (9) и (11), найдем (табл.15).

Анализируя приведенный экспериментальный ряд энергий возбуждения и результаты его расчета, представленные в таблице 15, видим хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных.

Далее мы не будем пытаться рассчитывать спектры всех электронов, всех атомов, а приведем лишь расчеты спектров тех атомов и тех валентных электронов, которые мы использовали при анализе результатов своих теоретических и экспериментальных исследований.

Таблица 15. Спектр первого электрона атома бора

10. Спектры валентных электронов ряда атомов химических элементов

Углерод имеет шесть электронов. Самым активным валентным электроном является его электрон, имеющий наименьшую энергию ионизации и следующий ряд энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням [2]: 7,48; 7,68; 7,95; 9,68; 9,71; 9; 83; 10,38; 10,39; 10,40; 10,42; 10,43; 10,71; 10,72; 10,73; 10,88; 10,89; 10,98; 10,99; 13,12 eV. Первые три подчеркнутых значения настолько близки, что у нас есть основания полагать, что они принадлежат триплету, поэтому найдем их среднее значение . Тогда разность энергий будет равна , а фиктивная энергия связи с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, будет такой . Подставляя и в формулы (9) и (11), найдем (табл.16).

Таблица 16. Спектр 1-го электрона атома углерода

Подготовим читателя к неожиданностям, которые встретятся нам при анализе структур ядер и атомов химических элементов. Первая неожиданность заключается в том, что энергии связи всех электронов с ядрами атомов, находящихся в свободном состоянии, примерно одинаковые. С первого взгляда это противоречит эксперименту, так как он дает разные значения энергий связи разных электронов с ядрами атомов. Однако надо учитывать условия экспериментов, которые дают такие различия.

Процесс фиксирования спектральных линий происходит в условиях перехода атомов в свободное состояние. При этом почти все электроны атома имеют, примерно, одинаковую возможность отделиться от него. Но как только один электрон покинул атом, так сразу же освободившийся протон в ядре начинает распространять свое действие на другие электроны, увеличивая притяжение их к ядру, а значит - и энергию связи.

Обычно электроны из атома удаляются последовательно по одному. Так как каждый из них взаимодействует с одним протоном ядра, то освобождающиеся протоны начинают взаимодействовать с электронами, которые остаются в атоме. В результате энергия связи электронов, оставшихся в атоме увеличивается. Когда электрон остается один в атоме, то он взаимодействует со всеми протонами ядра и энергия его связи с ядром увеличивается пропорционально квадрату количества протонов в ядре.

Следовательно, все электроны атомов на одноименных энергетических уровнях имеют примерно такие же энергии связи с ядром, как и электрон атома водорода (табл.1, 9,11). Дальше, при анализе структур атомов мы убедимся в справедливости этого предположения. А сейчас рассчитаем спектры двух электронов атома кислорода.

Наименьшая энергия ионизации электрона атома кислорода равна = 13,618 eV, а энергия связи этого электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, - =13,752 eV. Назовем этот электрон первым. Расчет энергетических показателей этого электрона по формулам (9) и (11) даёт следующие результаты (табл.17).

Таблица 17. Спектр первого электрона атома кислорода

Энергия ионизации второго электрона атома кислорода равна =35,116 eV, а энергия его связи с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, =83,98 eV. Мы обращаем внимание читателей на большие расхождения экспериментальных данных по второму потенциалу ионизации, помещенных в справочниках [1] и [2]. Мы с большим доверием отнеслись к новым данным, помещённым в справочнике [1]. Учитывая все это, спектр второго электрона атома кислорода оказался таким (табл.18).

Таблица 18. Спектр второго электрона атома кислорода

Как известно, хлор является 17-м элементом таблицы Менделеева. Потенциал ионизации его 1-го электрона , а энергия связи его с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, . Экспериментальные и теоретические значения энергий поглощаемых и излучаемых фотонов этим электроном, соответствующие разным энергетическим уровням, и энергии связи этого электрона с ядром атома хлора приведены в таблице 19.

Таблица 19. Спектр 1-го электрона атома хлора

Медь - 27 - й элемент таблицы химических элементов. Потенциал ионизации его 1-го электрона равен , а энергия связи, соответствующая первому фиктивному энергетическому уровню, . Остальные энергетические показатели этого электрона, рассчитанные по формулам (9) и (11) приведены в таблице 20.

Таблица 20. Спектр 1-го электрона атома меди

Первый электрон атома натрия (Na) также имеет наименьшие энергии связи с ядром, поэтому он является главным валентным электроном этого атома (табл.21). Энергия ионизации первого электрона атома натрия равна , а энергия связи с ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, - . Подставляя эти результаты в формулы (9) и (11), найдем (табл.21).

Таблица 21. Спектр 1-го электрона атома натрия

В таблице 21 приведены теоретические (теор.) и экспериментальные (эксп.) значения энергий фотонов, ...