Химические и физические свойства атома.
Большинство свойств А. определяется строением и характеристиками
его внешних электронных оболочек, в к-рых электроны связаны сравнительно
слабо (энергии связи от нескольких эв до нескольких десятков эв). Строение
внутренних оболочек А., электроны к-рых связаны гораздо прочнее (энергии
связи в сотни, тысячи и десятки тысяч эв),< проявляется лишь при
взаимодействиях А. с быстрыми частицами и фотонами больших энергий (более
сотен эв). Такие взаимодействия определяют рентгеновские спектры А. и рассеяние
атомом быстрых частиц (см. Рассеяние микрочастиц, Дифракция частиц). От
массы А., определяемой массой его ядра, зависят его механич. свойства при
движении А. как целого - количество движения, кинетическая энергия. От
механических и связанных с ними магнитных и электрич. моментов А. зависят
нек-рые тонкие эффекты, проявляющиеся при изучении физ. свойств А. (см.
Моменты атомных ядер, Ядерный магнитный резонанс, Ядерный квадруполъныйрезонанс,
Сверхтонкая структура).
С в о й с т в а
а т о м а, о п р е д ел я е м ы е
е г о в н е ш н и м и
э л е к т р о н а м и. Электроны во внешних оболочках А., связанные сравнительно
слабо, легко подвергаются внешним воздействиям. При сближении данного А.
с другими возникают сильные электростатич. взаимодействия (включая т. н.
обменные взаимодействия), к-рые могут приводить к возникновению химической
связи А., т. е. к образованию молекулы. В химич. связи участвуют электроны
внешних оболочек; в случае ко-валентной связи эти электроны принадлежат
уже не отдельным А., а образовавшейся молекуле в целом, и входят в состав
её молекулярных электронных оболочек. Т. о., внеш. электроны А. определяют
его хим. свойства.
Более слабые электростатич.
взаимодействия двух А. проявляются в их взаимной поляризации - смещении
электронов относительно ядер, наиболее сильном для слабо связанных внешних
электронов (см. Поляризация частиц). Возникают поляризационные силы притяжения
между А., к-рые надо учитывать уже на больших расстояниях между ними (см.
Межмолекулярное взаимодействие). Поляризация А. происходит и во внешних
электрич. полях; в результате уровни энергии А. смещаются и, что особенно
важно, вырожденные уровни энергии расщепляются (поляризация различна для
различных квантовых состояний А., соответствующих той же его энергии) -
имеет место Штарка явление. Поляризация А. может возникнуть под действием
электрич. поля световой (электромагнитной) волны; она зависит от частоты
света, что обусловливает зависимость от неё и показателя преломления (см.
Дисперсия света), связанного со способностью А. поляризоваться - с поляризуемостью
А. (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул). Тесная связь оптич. характеристик
А. с его электрич. свойствами особенно ярко проявляется в его о п т и ч.
с п е к т р а х.
Внешними электронами определяются
и магнитные свойства А. Они схожи для элементов с аналогичными внешними
электронными оболочками А. Магнитный момент А. зависит от его механич.
момента (см. Магнитоме-ханическое отношение): в А. с полностью заполненными
электронными оболочками он равен нулю, так же как и механич. момент. При
наличии частично заполненных внешних электронных оболочек магнитные моменты
А., как правило, постоянны, и А. являются парамагнитными (см. Парамагнетизм).
Во внешнем магнитном поле все уровни А., у которых магнитный момент неравен
нулю, расщепляются (см. Зеемана явление). Все А. обладают диамагнетизмом,
к-рый обусловлен возникновением у них магнитного момента под действием
магнитного поля (т. н. и н д у ц и р ов а н н о г о м а г н и т н о г о
м ом е н т а, аналогичного электрич. диполь-ному моменту А.).
С в о й с т в а и о н и з
о в а н н ог о а т о м а. При последовательной ионизации А., т. е. при
отрыве его электронов, начиная с самых внешних, в порядке увеличения прочности
их связи (рис. 5), соответственно изменяются все свойства А., определяемые
его внешней оболочкой. Внешними становятся все более прочно связанные электроны;
в результате сильно уменьшается способность А. поляризоваться в электрич.
поле, увеличиваются расстояния между уровнями энергии и частоты оптич.
переходов между этими уровнями (что приводит к смещению спектров в сторону
всё более коротких длин волн). Ряд свойств обнаруживает периодичность:
сходными оказываются свойства ионов с аналогичными внешними электронами,
напр. N7+ и N3+ (один и два электрона 2s) обнаруживают
сходство с N6+ и N5+ (один и два электрона Is). Это
относится к характеристикам и относительному расположению уровней энергии
и к оптич. спектрам, к магнитным моментам А. и т. д. Наиболее резкое изменение
свойств происходит при удалении последнего электрона из внешней оболочки,
когда остаются лишь полностью заполненные оболочки; напр. при переходе
от N4+ к N5+ (электронные конфигурации Is22s
и Is2 ). В этом случае ион наиболее устойчив и его полный механич.
и полный магнитный моменты равны нулю. Особенно устойчивы, помимо ионов
с электронной конфигурацией Is2, ионы с полностью заполненной
внешней оболочкой np(n=2, 3, 4, ...).
С в о й с т в а с в я з а
н н ы х а т ом о в. Свойства А., находящегося в связанном состоянии, напр.
входящего в состав молекулы, отличаются от свойств свободного А. Наибольшие
изменения претерпевают свойства А., определяемые самыми внешними электронами,
принимающими участие в присоединении данного А. к другому. Вместе с тем
свойства, определяемые электронами внутренних оболочек, могут практически
не измениться, как это имеет место для рентгеновских спектров. Нек-рые
свойства А. могут испытывать сравнительно небольшие изменения, по к-рым
можно получить информацию о характере взаимодействий связанных А. Важным
примером может служить расщепление уровней энергии А. в кристаллах и комплексных
соединениях, к-рое происходит под действием электрич. полей, создаваемых
окружающими ионами (см. Кристаллического поля теория). Лит. см. при ст.
Атомная физика.
М. А. Елъяшевич.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я