атом гелия

Ответ от Лучший[гуру]
АТОМ ГЕЛИЯ
Канарёв Ф.М.
10.11.2007 13:55:06 // Известия науки
АТОМ ГЕЛИЯ
Канарёв Ф.М. http://kanarev.inauka.ru
Анонс. Почему первый электрон атома гелия имеет энергию ионизации почти в два раза больше энергии ионизации электрона атома водорода? Почему магнитный момент атома гелия равен нулю?
Гелий - второй химический элемент. В его ядре два нейтрона и два протона, а в атоме - два электрона (мы не рассматриваем изотопы). Если в атоме гелия один электрон, то он считается водородоподобным.
Мы уже описали методику определения энергии связи Eb первого электрона с ядром атома, соответствующей его первому энергетическому уровню. Она оказалась равной E1=13,48 eV. Энергия ионизации этого электрона Ei=24,587 eV. Если подставить эти данные в математическую модель закона формирования спектров Ef=Ei-E1/n^2, то получится экспериментальный спектр этого электрона: EbG = 3,37; 1,50; 0,85; 0,55; 0,38; 0,28; 0,22; 0,17….eV. Итак, если электрон атома водорода, взаимодействуя с ядром, удален от него на расстояние, в 100 раз превышающее размер самого электрона, то как будет взаимодействовать с ядром первый электрон атома гелия с меньшей энергией ионизации?
Прежде чем ответить на этот вопрос, обратим внимание на фундаментальную неясность. Энергия ионизации электрона атома водорода равна Ei=13,598 eV, а энергия ионизации первого электрона атома гелия - Ei=24,587 eV. Сразу возникает вопрос: почему?
Обратим внимание на другой факт, что энергии связи EbH = 3,40; 1,51; 0,85; 0,54; 0,38; 0,28, 0,21; 0,17 с ядром у электрона атома водорода и первого электрона атома гелия EbG = 3,37; 1,50; 0,85; 0,55; 0,38; 0,28; 0,22; 0,17….eV. имеют близкие значения на одноименных энергетических уровнях. Энергии же возбуждения, соответствующие этим же уровням, отличаются почти в два раза [1].
Почти одинаковые энергии связи у обоих электронов и удвоенная величина энергии возбуждения у электрона атома гелия наводит на мысль о том, что энергия возбуждения атома гелия принадлежит двум электронам этого атома. Тогда оба они, взаимодействуя каждый со своим протоном, должны иметь одинаковые энергии связи. Это возможно, если оба электрона и ядро атома имеют единую линейную электродинамическую связь. Тогда они способны поглощать один фотон. Причем суммарная энергия этого фотона должна переводить оба электрона на один и тот же энергетический уровень.
Из закона спектроскопии следует, что процесс поглощения и излучения фотонов электронами атомов идет в условиях параллельности их осей вращения. Значит, атом гелия должен иметь такую структуру, при которой оси вращения обоих электронов должны быть параллельны. Вторая особенность атома гелия заключается в том, что его магнитный момент равен нулю. Этим требованиям отвечает модель атома гелия, показанная на рис. 1.
Почти одинаковые энергии связи электрона атома водорода и первого электрона атома гелия с их ядрами и почти двукратное различие в энергиях возбуждения дают основание полагать, что энергии возбуждения первого электрона атома гелия соответствуют фотонам, которые поглощаются не одним, а двумя электронами сразу. В этом случае оба электрона атома гелия будут иметь одинаковые энергии связи со своими протонами в ядре: 3,37 eV, 1,50 eV, 0,84 eV и т. д. Из этого следует, что энергии поглощаемых фотонов распределяются между двумя электронами и оба они одновременно переходят на другие энергетические уровни. Это продолжается до тех пор, пока один из электронов не потеряет связь с ядром. Происходит это при энергии ионизации, равной Ei=24,587 eV. Как только электрон остаётся один, он начинает взаимодействовать с двумя протонами ядра и его энергия связи, соответствующая первому энергетическому уровню, становится равной его энергии ионизации E1=13,60х2^2=54,40 eV. Оставшись в атоме один, второй электрон начинает формировать свой водородоподобный спектр.
Чтобы оценить возможность поглощения одного фотона обоими электронами атома гелия, вычислим величину длины волны фотона
Источник: