Формула 2+2(8+18+32)=118 х.э. период.системы Ридберга-Оганесона

Изменено: 30.06.2019 Posted on

Сумма квадратов 2n2  при n=1-4 дает числа 2, 8, 18 и 32, равные числу электронов и элементов периодов системы Менделеева. Эту формулу предложил Ридберг, более известный своей общей формулой спектров, всех серий (Лаймана, Бальмера и др.), с частотой-энергией, обратной разности тех же n2. Это «главное квантовой число» т.о. открыл в спектре Солнца школьный учитель Ридберг, но подобные кванты и квадраты можно находить в колебаниях струны, у Пифагора и Ньютона.

Ридберг, как говорил Бор, возможно, лукавя, из-за презрения к их науке, не получил нобелевскую (дали только его ученику, Зигбану, ст., как и мл.-его сыну), как и Менделеев. Всего известны элементы только 7 периодов, — последний был завершен №118 еще в 2002, в прошлом году получил имя открывшего его Оганесяна — заслужил нобелевскую 2017.

Менделеев знал про формулу Ридберга, но не принимал ее до конца, так что число РЗЭ установили (хотя порядковый номер ввел уже из рассеяния а-частиц Резерфорда юрист Ван-дер-Брук в 1913 г.) только после Мозли и Бор, с предсказанием следующего элемента IV группы №72 — гафния в 1920-х, с НП-1922 Бора. Менделеева же больше интересовали неясные до сих пор причины удвоения и возможности элементов до водорода как мирового эфира.

Заметим, что эту формулу можно представить проще, суммой квадратов (2п), учтя гипотезу повторения чисел элементов каждого периода по 2, в т.ч. самого Менделеева, поэтому предложившего свою «гипотезу мирового эфира» с 2 элементами до водорода (ньютоний и короний). Интересно, что 2 элемента до водорода, как безмассовые флюиды, предложил и сам впервые ввевший химические элементы Лавуазье. Ими были свет и теплород, с современной точки зрения ближе полям-квазичастицам типа бозонов, тогда как менделеевские имеющие малые массы ближе фермионам,  н — нейтрино, а к- нейтрон).  С учетом счета элементов по числу электронов мы имеем формулу двойной суммы квадратов 2п: 2(2+8+18+32)-2=2(10+50)-2=120-2=118. Это также имеет простое 2-3-мерное представление в виде пирамиды, объемом (2 l +1)3/6

Возможно, из самой логики «уравнения», включая неравенство и уравнивание его – сторон, «алгебры» м.б.Диофанта и алХорезми, могут следовать и первые числа – пара противоположных и среднее между ними, как 1 или 0 – и продолжение их далее в обе стороны. Отсюда идет ряд не-четных чисел 2п+1 : 1-3-5-7, определяющий и формулу сумм поколений/частиц, ∑2(2п+1), числа оболочек, е-АО и элементов в ПС, и их линейное и двумерное представление.

Идея квадратов (n+1) объединяет идеи логической последовательности (i+1) и формулы квадратов, физ-мат значение которой описывали Галилей, Лейбниц и др. В физике и химии значение этой простой последовательности выразил в понятии идеальной ПС Зоммерфельд (без удвоения рядов; в его приложение ниже, до этого, также важно объяснение валентностей из 2-8-18 групп) и развил в гео- «теории Земли» Капустинский*, что сейчас актуально для экзопланет, планетологии и астрохимии, обобщений гео-.*

(Влияние давления на энтропию. Гипотеза Капустинского о состоянии вещества в глубинных зонах Земли.иХимия и Химикиv докладе «К теории Земли», 1957  А.Ф.Капустинский_Д.И.Менделеев-великий_русский_химик(1949).djvu [1.58 Мб] Эволюция глубинного вещества при поднятии его… В кн.: Вопросы геохимии и минералогии.ОСНОВЫ ГЕОФИЗИКИконцепции океанизации Землитеорияхолодной контракции планеты, выделение и обоснование планетарного. 7.PDF

*(Линейное 7 известно еще как знаменитая модель «7 свечей» или 7-свечника евреев, как и схемы Библии, НЗ, с 3х14 поколений до Р.Х. (Мф.1.17). В модели «семисвечника» центральная свеча – прямая имеет окружение с обоих сторон по 3 таких же слева и справа).

Три значения — удаления от 0- центра как 1-2-3 в 1м в 2м окружении дают 1 г — более симметричной Двумерной (2м) геометрической модели и представлении 7 (1+6), как в 3м плотной упаковке (ПУ, далее, не только шаров), заполняя правильный 6-угольник с таким же центром. Для молекул это выражает модель бензола и ароматичности, на следующем уровне, для доменов белков — семитопные мембранные (2м) рецепторы и др. Для частиц причиной 2м 6- и 7-угольников может быть вращение, как и для снежинок (Кеплера, 1611) и планет?

Каждое число важно не только для элементов, но и для молекул — соединений: 2 означает спаривание и простую связь, изображаемую парой электронов или чертой, 8 — октет, не только (редкую) высшую валентность элементов, но и правила октета, всех неметаллов, определяющее и все валентности, 18 — сверх(не)валентные соединения — комплексы (правило Сиджвика и др., в ПС с 8 группами после 8 валентность уменьшается, по Менделееву- в триадах с переходной 8-1 группой Cu-Ag-Au, Zn-Hg максимум двухвалентны, второй группы), 32- неизвестно (можно предложить гипотезу, возможность проявления в динамике, например, белков).

Причина уменьшения значения каждого числа, очевидно — в росте энергии для удаления электронов с ростом заряда. Завися и от условий — в условиях космоса, вакуума стабильнее простые связи и радикалы типы СН, ОН, главная молекула после Н-Н СО при отсутствии N2 и О2. В условиях Земли (н.у.) +8 как максимальная валентность обычно не объясняется, может объясняться заполнением тетраэдра ЭО4, тогда как для большей (+9+10) может просто не хватать энергии.

Кроме электронов, подобные оболочки важны и для ядер (НП Гепперт-Майер и Йенсена). Хотя их формула изменяется и объясняется большим спин-орбитальным расщеплением, кроме известных МЧ важны и другие. Это также определяет стабильность элементов, начало и конец ПС х.э., причины неустойчивости А=5 и 8 (а+1 и 2а-частиц), стабилизации 3а как С* (по С.Вайнбергу, не случайно, по Хойлу), гипотезы острова стабильности Оганесяна и др.

Далее это определяет и связь ядер и частиц, где, как известно, ради принципа Паули и числа 2-спаривания пришлось ввести цвета кварков с КХД. Ядерные силы также пришлось объяснять обменными, «перезарядкой» pn как обменом е в Н2 (что важно сравнить с устойчивостью Н2+, 1 и 2-электронной, обычной химической связи, по Фейнману). Обмен предполагает только двух, а не всех партнеров и ведет к насыщению, ковалентности в химии.

Упаковочный коэффициент и дефект масс ядер с максимальной энергией связи №26- железа (не МЧ 28) может объясняться ПУ в 3м, 1+12 а-частиц, по Полингу. Именно это определяет, как известно, всю энергию и распространенность ядер и химических элементов (х.э.).

Наш номинант на Нобелевскую 2018 — Оганесян в Институте атомной энергии был учеником академика Г. Н. Флёрова, с 1958 г. в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ в Дубне, исследовал влияние ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления, открыл класс ядерных реакций — холодного слияния массивных ядер (1974 г.), используемых по настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов вплоть до Z = 112, в 1960—70-х синтезировал элементы с Z = 104—108, выбрал реакции слияния нейтронно-обогащённых изотопов актинидов с ускоренными ионами Са-48, начиная с «магического» № 114, в 1999—2010 гг. впервые синтезировав атомы с Z 113 (2004 г.), 114 (1998 г.), 115 (2004 г.), 116 (2000 г.), 117 (2010 г.), 118 (2002 г.). Увеличение времени их жизни (периода полураспада) доказывают существование «островов стабильности» сверхтяжёлых элементов.  Оганесян — соавтор открытия тяжёлых элементов таблицы Д. И. Менделеева: 104— резерфордий, 105- дубний, 106- сиборгий, 107- борий,  признаны научными открытиями в Гос.реестре открытий СССР[5].  № 118 сотрудничающие команды ОИЯИ в Дубне и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), участвовавших в его получении, предложили назвать оганесон и символ Og[6] были утверждены ИЮПАК 28 ноября 2016 года[2]. Хотя он стал вторым учёным, при жизни которого его именем был назван химический элемент, но он гораздо важнее как замыкающий всю ПС х.э. ХХ века, пока не удалось выйти за счет ее — 7 периодов. Поэтому все в мире могут гораздо проще понять всю ПС и химию через «формулу Оганесона» №118=2+2(8+18+32).

14 элементов названы в честь 15 великих ученых, включая супругов Марию и Пьера Кюри. Еще два: самарий получил название от минерала самарскита, названного именем горного инженера Василия Самарского-Быховца, ливерморий — от Ливерморской национальной лаборатории в одноименном калифорнийском городке, основанном Робертом Ливермором. Лекок де Буабодран назвал галлий  в честь и родной Франции и самого себя, поскольку его первое имя также означает то же самое — «петух».

Были письма с адресом, целиком составленным из названий химических элементов: Am, Cf, Bk, Lr, Sg. Америций, калифорний, берклий, лоуренсий, сиборгий — «США, Калифорния, Беркли, Национальная лаборатория имени Лоуренса, Сиборгу». Оганесяну: Ru, Mc, Db, Og. «Россия, Московская область, Дубна, Оганесяну» — или рутений, московий, дубний, оганесон.

Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) дал приоритет в выборе названия для 113-го японскому исследовательскому центру RIKEN, и он стал нихонием. Элементы 115, 117 и 118, были открыты совместно стали московием, теннессином и оганесоном. ИЮПАК, 117-й элемент заканчивается на -ин (как астатин), а 118-й — на -он, как все благородные газы. имена небесным телам) — как кобальт или уран. минералов (как кальций — от латинского calx, то есть известь) или географических точек. шведский городок Иттербю, в окрестностях которого были обнаружены богатые залежи редкоземельных металлов, обыгрывается в названиях сразу четырех элементов — эрбия, тербия, иттербия и иттрия. аргон — от греческого ἀργός, «медленный, неподвижный».

Развитие идей ПС и радио-границ ее, от Хлопина до Флерова и Оганесяна, отражали Менделеевские чтения  на химфаке  СПб Университета,  с 1941 г. : I. В.Г.Хлопин  «Превращение элементов и периодический закон» V. — А.Н.Несмеянов 1950 «Сопряжение простых связей», по элементам — VI. — А.Е.Арбузов 1951 — «Органические производные кислот фосфора», VIII. — С.Щукарев — 11 февраля 1954 года — «Учение Д. И. Менделеева о формах химических соединений в свете современной науки», XII. — Н.Н.Семёнов 1958 «О некоторых цепных реакциях», XIII. — С.Н.Данилов 1959 «Происхождение реакций одновременного окисления-восстановления органических веществ»… XXI. — К.П.Мищенко 1967 «Учение Д. И. Менделеева о растворах — основа современной теории», 1968 года XXIII. — В.С.Шпак — «Роль идей Д. И. Менделеева и РФХО—ВХО им. Д. И. Менделеева в развитии отечественной промышленности», XXIV. — Г.Флёров — «Новейшие элементы таблицы Д. И. Менделеева, перспективы и химические проблемы поисков сверхтяжёлых элементов», XXIX. — Н.Жаворонков — 1973 года — «Д. И. Менделеев — провозвестник НТР», XXXV. — Л.Костандов 1979 года — «Химическая наука и промышленность» XXXVI. — К.Б.Яцимирский — 1980 «Биологический аспекты неорганической химии», XL. — В.И.Спицын 1984 «Новые закономерности в соотношениях химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева»  XLV. — В.А.Кабанов 34-06 89 «Статистические микромолекулы в живых системах» XLVI. — М.Вольпин 90 «Новые пути активации предельных углеводородов» XLVII. — Н.Зефиров 91 «Применение ЭВМ как искусственного интеллекта в органической химии» XLVIII. — Ю.Молин 92 «Магнитные эффекты и спиновая когерентность в радиальных реакциях»-см.2000  XLIX. — Жорес Иванович Алфёров 93 «Полупроводниковые гетероструктуры», L. — Ю.Буслаев — 94 «Неорганические материалы сегодня» LI. — А.Шилов 95 «Биомиметический катализ» LII. — В.П.Скулачев 1996 года — «Кислород в живых системах: добро и зло», после LVI. — А.Бучаченко (1935, ак.РАН, з.к. кинетики химфака МГУ 19892013) 2000 года — «Химия на рубеже веков: новые горизонты» (изучал с Эмануэль Н. М. — полимеры, Магнитно-спиновые эффекты в химических реакцияхSpin catalysis, ионосферные предшественники землетрясений, Успехи физических наук, 1996, т. 166, с. 1025, см. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы),

LXI. — Юрий Оганесян — 17 марта 2005 года — «Сверхтяжёлые элементы», LXV. — В.Фортов 2009 Экстремальные состояния вещества (на Земле и в космосе) (Президент РАН о реформе академии, Нобелевских премиях и своих экстремальных увлечениях Экстремумы   Экстремальные состояния…РАН), переход-Зельдович и проблемы уравнений состояния вещества в экстремальных условиях»«От горения и детонации к окислам азота(2014) LXIX. — С.Алдошин 2013 года — «Новый класс доноров моноксида азота для терапии социально-значимых заболеваний», LXXI. – Е.Дианов 2015 года — «На пороге петаэры», LXXIII. – О.Г.Синяшин 30 марта 2017 года — «Фосфор – структурообразующий элемент в органической и неорганической химии»

Для премии по химии важно было бы получить больше химических следствий и знаний. Например, мы предлагаем рассмотреть возможность, что как у №118 могут проявиться свойства и металлов и неметаллов, так можно заметить подобные «релятивистские эффекты» для предыдущего инертного элемента, завершающего 6 период, гораздо более важного и также радиоактивного радона.

Например, просто исследовать изменение его летучести с К, на щелочных металлах от лития до цезия. Обнаружение его будет означать соединение типа KRn.

из Интервью Евгении Сидоровой с Юрием Оганесяном «Мы приблизились к границам применимости периодического закона»

80 лет искусственного синтеза трансурановых элементов развивали пучки частиц от протонов и дейтронов, мощные потоки нейтронов (реакторы и даже ядерные взрывы), тяжелых ионов с массой до 20 атомных масс,  массивных ионов (холодное слияние),  нейтронно-избыточных ионов кальция-48 (48Са), модели ядерной заряженной жидкой капли, до Z = 100,  острова стабильности сверхтяжелых элементов в области Z = 114–120 и N = 184, седьмой ряд Периодической таблицы до 117-го и 118-го. Элементы с атомными номерами 119 и 120  открывают восьмой период таблицы с периодами полураспада в доли миллисекунд (мало для работы с ними), ожидают в Дубне, Токио, в Кане (Франция), Дармштадте (Германия)… По сравнению с 118-м  выход уменьшится, сменят ионы, кальция-48 (48Са) на титана-50 (50Ti).

Карта изотопов с островом стабильности («Природа» №2, 2019)

Карта изотопов с островом стабильности в правом верхнем углу

В атомных (химических) свойствах с увеличением атомного номера элемента растет электрическое поле ядра,  электроны по скорости к скорости света, согласно теории относительности, растет релятивистская масса электронов, ближайших к ядру. Релятивистский эффект приводит к сжатию внутренних орбит (релятивистское сжатие), последствия его экранирование поля ядра, электронные корреляции на внешних орбитах, поправки более высокого порядка.  «золотой стандарт» — энергию связи последнего электрона в атоме золота (потенциал ионизации) уточнили до 0,003 электронвольт, или 0,03%!

Первые наблюдения релятивистского эффекта в 12-й группе таблицы Менделеева в Дубне в 2007 г. с 3,6-секундным изотопом 112-го элемента коперниция (Cn) и его легким гомологом — ртутью (Hg), для элементов 14-й группы флеровия (Fl) и свинца (Pb) показали сильный рост. Является ли 118-й элемент благородным газом 18-й группы, или не будет газом при комнатной температуре. У 119-го ожидают скачок химических свойств до известных у элементов первой группы меньший — релятивистский эффект заметно ослабит, а у 121–123 групповые отличия и периодичность в изменении химических свойств элементов Оганесян на открытии Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 г. в штаб-квартире ЮНЕСКО,  подводил к границе. Легче для химических свойств уже синтезированных сверхтяжелых элементов увидеть границы применимости периодического закона? Мы предлагали связать радон щелочными металлами

Самое тяжелое ядро с массой 294 было получено дважды: как четно-четный изотоп 118-го элемента (содержит 118 протонов и 186 нейтронов) с периодом полураспада около 0,5 мс и нечетно-нечетный изотоп 117-го элемента (нн c 187 нейтронов) с периодом полураспада в 100 раз большим, 0.05 с- огромные времена в ядерных масштабах (хотя работать с ними очень трудно) обещают более тяжелые ядра с массой 300 и выше. Необходимы большая чувствительность эксперимента, мощные ускорители, методики и технологии будущего. С 2012 г. Объединенный институт ядерных исследований в Дубне начал строить новый ускорительный комплекс, по существу новую лабораторию — Фабрику сверхтяжелых элементов.  увеличить чувствительность опытов в десятки, а со временем, в 100 раз.  26.12.18 г. в 10 утра новый ускоритель (циклотрон ДЦ-280) в соответствии с графиком сооружения этой установки дал первый пучок ускоренных тяжелых ионов.

Ускоритель ДЦ-280 («Природа» №2, 2019)

Ускоритель ДЦ-280 — базовая установка Фабрики сверхтяжелых элементов

… изучаем закон природы, открытый Д. И. Менделеевым 150 лет назад…. чувствуем, что подошли близко к моменту, когда этот закон начинает меняться быстро.  познание любых изменений законов природы, периодичности свойств химических элементов — носит фундаментальный характер.  релятивистский эффект быстро растет. Еще быстрее меняется электронная структура сверхтяжелого атома и энергия связи его последнего электрона, ответственного за химические свойства элемента.  Надо получать в десятки и сотни раз больше атомов, определить химические свойства их  за доли секунды, химические реакции идут значительно быстрее,  нужно придумать, как управлять…

ОИЯИ — международный научный центр 18 стран- бывшие республики Советского Союза, страны Восточной Европы, Азии (Монголия, Вьетнам), Куба, сотрудничество Швейцарии, Германии, Италии, Франции, Израиля, США уже более 25 лет. Они готовят для наших совместных экспериментов мишенный материал на ядерном реакторе в Национальной лаборатории Ок-Риджа. 12 лет практически непрерывно идет эксперимент. Люди трудятся круглосуточно — посменно, без праздников, суббот и воскресений. Меняется их образ жизни. вдруг за неделю сразу два события… называют статистикой,  Георгий Николаевич Флёров* «садистикой».

Г. Н. Флёров и Ю. Ц. Оганесян. Конец 1980-х годов («Природа» №2, 2019)

Г. Н. Флёров и Ю. Ц. Оганесян. Конец 1980-х годов

2017 г. был приглашен в Копенгаген на VIII Международную конференцию по ускорителям, Иоахим Мних, директор по исследованиям Научно-исследовательского центра Deutsches Elektronen-Synchrotron — DESY (Гамбург, Германия) докладывал о будущем проекте Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария).  доклад об открытом в 2012 г. бозоне Хиггса,  исследовать этот знаменитый бозон, надо строить специальный ускорительный комплекс — Хиггс-фабрику (и здесь — фабрика!), так как на Большом адронном коллайдере  10 млрд столкновений дают один бозон Хиггса. Но атом сверхтяжелого элемента на триллион столкновений — в 100 раз реже, чем бозон Хиггса! Да еще у этого нуклида надо определить 5–7 поколений его радиоактивного семейства, измерить характеристики распада ядер (энергию и периоды полураспада) в каждом поколении…  прежний метод синтеза, так называемое холодное слияние ядер, тоже родился в стенах нашей лаборатории в 1974 г. но не хватает нейтронов, в качестве мишенного материала не свинец или висмут, как ранее, а нейтронно-избыточные изотопы искусственных элементов, такие как: плутоний-244 (244Pu) или кюрий-248 (248Cm), бомбардирующего снаряда  — очень редкий и дорогой кальций-48 (48Ca)** (содержит 20 протонов и 28 нейтронов): в естественной смеси изотопов кальция его в 500 раз меньше основного изотопа — кальция-40 (40Ca). при  0,1 скорости света редкий процесс слияния ядер — 244Pu + 48Ca, — до 114-го элемента.

На Фабрике сверхтяжелых элементов при трех-четырех экспериментах в год можно будет накопить данные, которые позволят понять структуру и свойства тяжелейших элементов границ Таблицы э

Могут ли сверхтяжелые элементы образоваться в природном синтезе (нуклеосинтезе) подобно всем тяжелым элементам, вплоть до урана? В космических лучах не обнаружены ядра тяжелее урана, с более коротким временем их жизни по сравнению со временем пролета от источника к детектору. вопрос: способен ли нуклеосинтез во вспышке сверхновой дотянуться до столь тяжелых ядер? смогут ли эти элементы выжить в процессе последовательных бета-распадов и лечь на линию бета-стабильности? искусственный синтез элементов далек от того, как он происходит в природе. Мы в лаборатории не в состоянии создать условия вспышки сверхновой, с большими плотностями потока нейтронов, сверхвысокими температурами, с вовлечением огромного количества вещества. Поэтому сталкиваем уже приготовленные природой или наработанные в ядерном реакторе долгоживущие нуклиды, преследуя цель уловить редкий процесс слияния ядер с образованием составного ядра суммарной массы, его быстрое охлаждение не без потерь (выживание) и затем наблюдать его самопроизвольный распад.

Результаты, более-менее близкие к природному синтезу, реализуются в малом объеме подземного ядерного взрыва, менее 1 мкс, в цепной реакции возникает поток нейтронов высокой плотности,  ядра могут захватить до 20 нейтронов в трансурановые элементы вплоть до 100-го элемента — фермия. Так были впервые синтезированы элементы с Z = 99 и Z = 100. Но для синтеза более тяжелых элементов этих условий явно недостаточно. Напомним, что при вспышке сверхновой синтез длится секунды и в процесс вовлечены массы вещества, превышающие массу Солнца. Во взаимодействии черных дыр или нейтронных звезд теже взрывные процессы нуклеосинтеза, выплескивая  тысячи сверхновых, в «килоновых».  иные пути нуклеосинтеза, присущие столкновению нейтронных звезд и отличные от взрыва сверхновых, пока серьезно не рассматриваются.  Периодическая таблица — занятий ядерной физикой, с проблемой электронной структуры тяжелейших атомов. 


* Г. Н. Флёров (1913–1990) — советский физик-ядерщик, один из отцов-основателей Объединенного института ядерных исследований в Дубне, академик АН СССР.

** Кальций-48 (48Ca) — самый тяжелый изотоп кальция, испытывает двойной бета-распад с периодом полураспада (4,39 ± 0,58) 1019 лет.

Fermi E Rend.Accad.Naz.Lincei 6602 (1927)

Приложение: из цикла лекций „Атомная физика“ в Лондоне в марте 1926 г. Перевод сокращен: Nature, 117, 793, 1926.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ И КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА (1). А. Зоммерфельд.

Для теории периодической системы Б о р а (2… в книгах: 1) Бор. Три статьи о спектрах и строении атомов. 2) Крамерс и Голь см. Строение атома и теория Бора.Гиз. 1926. 3) Зоммерфельд. Строение атома и спектры. Гиз. Ср. также статью Свинне) большое значение имеет неравенство подразделений атомных электронных оболочек К , L , 3/, Ж .., открытое Стонером (Stoner) и Мэн Смитом (Main Smith); в теории Бора эти подразделения принимались равными. Подробности новой схемы приведены в таблице, в ней указаны подгруппы оболочек с числами электронов в каждой из них.

Таблица уровней Х-лучей. (К . . . . 2 _: _: _ _ L . . . . 2 2 4 М … 2 2 4 4 6 _ -V . . . . 2 2 4 4 6 6 8 К — оболочка одиночная, L — тройная, Ж — пятикратная и т. д., в согласии с данными, полученными из рентгеновских спектров (три абсорбционных кванта L и т. д.). Разумеется, главное квантовое число п для Jf-оболочки 1, для, £ —2 и т. д. *)  В верхней строке таблицы расположены обозначения главных квантовых чисел, которые мы считаем необходимыми для классификации рентгеновых спектров. Кроме главного квантового числа п, в виде индексов отмечены два подчиненные квантовые числа. Они обозначаются символами \ и к2 или к и j, при чем ку — к, a i s = . , 1 . J.— так называемое внутреннее квантовое число. Все числа в таблице равны 2k2~ 2 j 1 3). Но 2j -f — 1 есть квантовый вес, или число ориентаций углового момента j в магнитном поле. Поэтому М эн С м и т и С т о н е р приравнивают число электронов в данном уровне квантовому весу 2 j -j- 1 этого уровня. В нижней строке таблицы приведены числа указывающие тип орбит. Мы должны обратить особое внимание на тот факт, что каждая из пары оболочек, образующих „релятивистский дублет“ в рентгеновом спектре, относится к о д н о м у и тому ж е орбитальному типу. Это обстоятельство полностью противоречит первоначальной точке зрения, на основании которой была выведена формула для релятивистского дублета. Заменяя пк через nkj, мы сталкиваемся в области рентгеновых спектров с той же проблемой, как и для видимых спектров.

Орбита одного электрона, казалось бы, должна полностью определяться двумя квантовыми числами п и к, третье число т дает ориентацию орбиты в пространстве; соответственно трем степеням свободы вращающегося электрона мы должны иметь всего три квантовых числа. Но уже в случае водорода, кроме п и к, требуется еще j для характеристики орбиты самой по себе; для полного описания орбиты, включая и ее положение в пространстве, требуется четыре квантовых числа. Неудивительно, что та же проблема возникает и для рентгеновых спектров; для описания одной орбиты и здесь нужно пкр а не nh. Можно ли надеяться, что разрешение затруднения будет найдено в рамках новой квантовой механики, предложенной Гейзенбергом (Heisenberg) и развитой, например, Дираком (Dirac)? Новая теория освобождает от старых затруднений с полуквантовыми числами и с различными деталями аномального эффекта Зеемана, но едва ли ей удастся выяснить новую степень свободы для орбитального электрона. По всей вероятности, придется в Гамильтонову функцию системы ввести новую гипотезу. В связи с этим мы должны указать на интересное предложение Г у д смита (S. Goudsmit) об электроне-волчке (гипотеза в некоторых отношениях еще ранее высказана Парсоном (Parson), однако, без определенной связи с квантовыми числами); может быть, здесь и находится объяснение недо­ стающей степени свободы) Системы квантовых чисел, применяемые различными авторами, несколько различаются друг от друга. Этим объясняется кажущееся расхождение числа возможных ориентаций, даваемого Зоммерфельдом, с тем, которое указано в предыдущей статье Овинне.

1). Число j индивидуального электрона не должно смешиваться с j всего атома, внешняя оболочка которого, вообще говоря, состоит из нескольких орбит разбираемого типа. Мы будем отмечать j, относящееся к атому, черточкой на верху при чем j относится к атому в основном, невозбужденном состоянии. Иными словами, j есть внутреннее квантовое число основного терма.

В 1925 г., я в Physikalische Zeitschrift формулировал две теоремы относительно j основного терма и его отношения к положению элемента в периодической системе: 1. Всякая завершенная подгруппа характеризуется тем, что i — 0. 2. Элемент, непосредственно следующий или предшествующий элементу с завершенной подгруппой, имеет значение j, тождественное с j той подгруппы, к которой относится элемент. Нижеследующая схема дает примеры этих теорем ji I j II li ] Ш IV j V VI VII VIII IX X x r Xil XIII… XVII XVIII 1 j L _i_ l l 3 ‘3 3 3 3 3 3 О 5 5 5 .1 \ — | г — 2 2 2 2 ~2~ 2 — -77- 2 2 2 j ~ ~ 0 o — | 3 0 3 0 ? 5 о 5 0 Римскими цифрами указано число электронов во внешней оболочке какого угодно рода) в различных случаях. Счет идет от начальной стадии оболочки и применяется одинаково как к N 1 так и к Ж и к L -оболочкам, если в них имеется достаточное число электронов. Я могу только очень кратко коснуться спектроскопических доказательств этой схемы и должен опустить все детали:

j — 0 в столбце II найдено у гелия и щелочных земель, в столбце IV в олове и свинце и, вероятно, также в ионизованном азоте (N+). В столбце VIII j = 0 установлено у неона, в столбце XII это сомнительно, а столбец XVIII (никель, палладий, платину) мы рассмотрим ниже, j = ~ в столбце I и обозначает $ — терм щелочей, а в столбце III 2Рг — терм алюминия, галлия, индия и таллия и т. д. для других. Кроме того, несомненно, можно ожидать, что азимутальное квантовое число электрона, связанного последним, будет то же, как и Тс *) Из последней статьи Г е й з е н б е р г а и И о р д а н а (Jordan) следует, что новая квантовая механика и электрон-волчок нужны для объяснения релятивистского 1тб1 ета, возникающего между двумя уровнями, отличающимися по j, а не по к, ::\z было в первоначальной теории. Статья помещена в Zeitschrift fur Physik. 378 Л. ЗОММЕРФЕЛЬД

периодической системы, т.-е. совпадет с первым индексом в пкг На этом основана, в спектроскопическом отношении, теория периодической системы Бора. Но это к в случае атомов с несколькими валентными электронами отлично от „группового квантового числа» I, введенного, (но с другим обозначением) в работе Рэсселя (Russel), Саундерса (Saunders) для щелочных земель. Кажущиеся исключения из схемы Бора, например, дли железа и титания, основаны на смешении к и /, что впервые указано Р эс е л е м и С а у н д е р с о м . Теперь мы переходим к химическим применениям.

Основной принцип химической связи можно выразить, как стремление к завершению подгрупп. Законченная группа из 8 электронов стала привычной давно, при чем хорошо известно, как простейшие двойные соединения приближаются к такой конфигурации инертных газов с обеих сторон. Следующая по важности — „парная оболочка“• (two-shell), типичным примером которой является гелий; здесь два электрона вращаются в противоположных направлениях, так что их моменты взаимно уничтожаются. Примером может служить LiH = = Li+ Н ~ —НвдНе,1). Элементы цинк, кадмий, ртуть относятся к этому же классу, два внешних электрона связаны у них подобным же образом; нам известно много очень устойчивых соединений, приближающихся к этой конфигурации. Я укажу только на немногие, например, РЬО (или PbS), в которых свинец двувалентен, иными словами, свинец приобретает здесь „парную оболочку» ртути, отдавая два электрона кислороду или сере. Действительно, РЬО устойчивее РЬ02, хотя в последнем соединении свинец обладает, как говорят, ..правильной» валентностью. Можно указать также соединения одновалентного таллия и трехвалентных мышьяка, сурьмы и висмута, в которых имеется стремление к парной оболочке типа гелия. Таким образом, работы Мэн С м и т а и С т о н е р а , несомненно, приведут химиков в будущем к тому, что в спекуляциях о химическом сродстве придется учитывать не только восьмикратную оболочку, но с равным правом и парную оболочку.

Займемся теперь так называемой восемнадцати-электронной оболочкой, завершающейся, как предполагают, на концах триад никелем, палладием и платиной. Несомненно, что элементы медь, цинк, серебро, кадмий, золото и ртуть в их химических соединениях часто фигурируют с восемнадцати-электронными оболочками. Но действительно ли эта оболочка завершена, как оболочка инертного газа? Каковы спектроскопические данные по этому вопросу? Для палладия положение ясно и бесспорно: основной терм здесь г80, терм, лежащий значительно ниже других уровней. Таким образом, палладий имеет законченную О Не3 обозначает гелиеву конфигурацию с тройным зарядом ядра оболочку.

Иначе обстоит дело в отношении никеля или платины.
В никеле основной терм 3F с термом 3D \ лежащим немного выше,
в платине основной терм 3D ’. Это отражается в химических и спектроскопических свойствах последующих элементов: меди, серебра и золота. Серебро во всех случаях, без исключений, одновалентно, при удалении его единственного валентного электрона оно переходит
к устойчивой конфигурации палладия. Медь одно- и двухвалентна,
золото одно- и трехвалентно. Следовательно, здесь, кроме валентного
электрона, может быть отнят один или большее число электронов из
внутренних частей атома. Внутренняя часть атома в меди и золоте
не закончена, что согласуется со свойствами никеля и платины.
Тот же результат получается из спектроскопических свойств этих
элементов. У серебра простой спектр, похожий на щелочные спектры,
у меди же и золота, кроме системы щелочных дублетов, в спектре
обнаруживается большое число посторонних линий. Весьма характерно,
что Штюклейн (Fr. Stilcklein, ZS. f. Pliyz. 34, 562, 1925) нашла для
наиболее устойчивого состояния меди не s-терм дублетов, но один
из термов, вероятно, относящийся к системе квартетов. Этому в точ­ности соответствует и незавершенная оболочка никеля. Таким образом,

положение элемента в периодической системе дает нам’ надежные ключи к пониманию его спектра.
Свойства никеля и платины и тесно связанные с ними свойства
меди и золота должны рассматриваться как частичное исключение
из нашего правила о результирующих моментах момента j; условие 0 — признак завершенной подгруппы, но в некоторых случаях последний электрон, как раз завершавший подгруппу, может, по условиям энергии, с большей легкостью приспособиться где-нибудь в дру­гом месте.
Мы переходим теперь к конечным членам тех подгрупп, которые
отличаются от последующих подгрупп различными значениями не
но они относятся к одному и тому же орбитальному типу пк, как
и последующие элементы. Ясно, что тесное разделение менее отчет­
ливо и менее заметно химически, чем рассмотренное выше завершение
подгрупп. Рассмотрим сначала различие между »43 и пи (для и = 4)
в таблице I; оно встречается в редких землях и проявляется в раз­
личии цериевых и иттербиевых земель в особенности в магнитном
отношении. Кривая парамагнетизма ионов, согласно Кабрере и С. М е й е р у (Cabrera, Stefan Meyer), подымается до максимума и затем падает почти до нуля в конце цериевых земель, достигает еще большего максимума у иттербиевых земель, дидимия и холмия и, наконец, падает до нуля у кассиопейя (атомный нумер 71).
Завершение подгруппы пя„ не заметно спектроскопически, наоборот, завершение пп обнаруживается тем, что j = 0 в олове и свинце,  и, вероятно, также в углероде и кремнии. Но в чем сказывается завер­шение подгрупп химически? Имеются ли соединения, стремящиеся
к четверной оболочке, подобно тому, как имеется стремление к восьми-
и восемнадцати-электронным оболочкам? Ответ имеет большое значение для понимания химических соединений, и я могу по этому
поводу указать следующее, основываясь на наблюдении Гримма (Н. G. Grimm), относящемся к строению кристаллов некоторых алмазоподобных соединений (ZS. f. Phys., 1926).
Характер строения алмаза известен по работам сэра Вилльяма Брэгга. Алмаз просто построен из тетраэдров таким образом, что каждый атом углерода окружен тетраэдром из других атомов углерода.
Сернистый цинк кристаллизуется в таком же расположении в виде
цинковой обманки: каждый атом цинка окружен тетраэдром атомов
серы, и обратно. Но в вурците сернистый цинк кристаллизуется иначе.
Здесь попрежнему имеются взаимно проникающие тетраэдрические
системы, но структура гексагональная, а не кубическая; здесь тетраэдры расположены иначе друг относительно друга, чем в алмазе. Оба типа мы классифицируем, как тетраэдрические системы. Кристалл карборунда (CSi), имеющий большое техническое значение, также
тетраэдрический, с различными модификациями, отличающимися друг
от друга способом попеременного чередования алмазной и вурцитовой
структур по гексагональной С-оси. В результате такого чередования
повторяющееся расстояние здесь необычайно велико — почти 40А
(правда, только в одной из модификаций).
Теперь нужно обратить внимание на следующее: такая тетра­эдрическая структура встречается не только в 4-м столбце периоди­ческой системы (т.-е. в углероде, кремнии, карборунде, германии,
олове), но и в соединениях соседних элементов, при чем соседи равно
удалены с обеих сторон от четвертого столбца. Действительно, можно
установить определенную теорему, что тетраэдрическая структура
встречается только в таких двойных соединениях, оба компонента
которых удалены самое большое на три клеточки от четырехэлек­
тронной оболочки, при чем удаления для обоих компонентов должны
быть равными.
I. II. III. IV. V. VI. VII. Be А1 •’ N О    Ag Zn -S i S J

Весьма естественно предположить, что во всех этих соединениях
механизм связей тот же, как и в алмазе; ясно, что здесь неполярная
связь, так как она соединяет два одинаковых атома; отсюда мы заключаем, что и в сернистом цинке связь неполярная, т.-е. соединение
не имеет вида Z11++S . Это подтверждается измерением интенсив­ности Х-лучей, которое, согласно Отту (Н. Ott), определенно не
соответствует Zn+ + и. S , а, вероятно, относится к нейтральным
Zn п S. Идея четырехэлектронной оболочки внушает даже обратное
предположение Zn и S++. Атом серы должен отдать два электрона
для того, чтобы получить четырехэлектронную оболочку кремния,
а цинк должен захватить два электрона, чтобы уподобиться германию
с его четырехкратной оболочкой. Однако соотношения интенсивностей
скорее указывают на нейтральные Zn и S. Аналогичным образом окись
бериллия, в отличие от окиси магния и окиси кальция, по крайней
мере, не является полярной солью Ве++ О . В СаО и СаС03 тетраэдрическая структура не наблюдалась, ее и нельзя ожидать теорети­чески. так как на расстоянии двух клеточек от Са нет четырех-электронной оболочки.
Я предпочитаю пока не обсуждать механизм взаимной связи
в таких четырехэлектронных оболочках, даже в простейшем случае—
алмазе — мы ничего об этом не знаем. Наиболее вероятно, что связь
осуществляется парами электронов, каждая из которых обегает вокруг
двух атомов углерода, как это предполагается в теории Льюиса
•G. X. Lewis’) об общих электронах связи.

В заключение можно сказать, что теория периодической системы
показывает, в каких элементах можно ожидать завершения подгрупп.
В добавление к восьми-электронной оболочке инертных газов есть
18-и даже двухэлектронная оболочки, к которым, как цели, стремятся элементы в устойчивых соединениях. С другой стороны, тетраэдрическая структура кристаллов свидетельствует о существовании четырехэлектронной оболочки, определяющей соединение атомов такого же типа, как в алмазе. Эта связь осуществляется не электро-статическими притяжениями ионов, но, вероятно, создается нейтральными атомами. Есть основания надеяться, что великая химическая проблема неполярных связей приблизится к разрешению при дальнейшем изучении тетраэдрических структур кристаллов.

 НАНУ, : Удивительное совпадение формулы тонкой структуры А.Зоммерфельда и П.Дирака оказывается результатом ошибки первого автора.