Избранные научные труды полностью

Однако простой классификации стационарных состояний атома водорода недостаточно ни для более глубокого исследования групповой структуры атома с несколькими электронами, ни для детальной интерпретации сложных спектров таких атомов. В последующие годы большие успехи в классификации стационарных состояний и соответствующее усовершенствование систематики квантовых чисел были достигнуты путём распространения применения механической картины орбитальных движений более сложного типа, чем простые периодические кеплеровские орбиты, которые были достаточны для вывода постоянной Ридберга. Для таких орбит более высокой степени периодичности в так называемых правилах квантования, с помощью которых стационарные состояния отбираются из континуума механически возможных движений, используется столько квантовых чисел, сколько независимых частот имеется в движении. Этот важный шаг был сделан в 1915 г. Вильсоном и Зоммерфельдом, и таким образом полученная согласованность схемы была закреплена в значительной степени принципом Эренфеста адиабатической инвариантности стационарных состояний. В дальнейшем развитии теории особенно Зоммерфельд содействовал чрезвычайно успешным путём систематизации обширного спектроскопического материала, касающегося тонкой структуры, которую показывают не только сложные спектры, но даже линии спектра водорода, исследуемые аппаратурой высокой разрешающей силы. Несмотря на уже подчёркивавшееся фундаментальное ограничение идей механики и электродинамики, существенная истинность полученных этим путём результатов была также подтверждена объяснением замечательных правил отбора, определяющих появление спектральных линий, предсказанных комбинационным принципом; последний был выдвинут аргументами соответствия типа указанных в нашем обсуждении спектра водорода. Воодушевлённый этим прогрессом, я сделал в 1921 г. попытку использовать весь спектроскопический материал для исчерпывающего исследования электронной структуры атомов. Хотя в то время многие детали, конечно, не могли быть объяснены, всё же было ясно, что принципы квантовой теории были в достаточно развитом состоянии, чтобы давать возможность вывести ряд недвусмысленных заключений относительно последовательного развития электронных групп с возрастанием атомного номера. Руководящая идея состояла в том, чтобы следовать постепенному построению этих групп путём последовательного добавления электронов один за другим, используя информацию относительно процесса связывания каждого электрона, получаемую из структуры спектра излучения, сопровождающего этот процесс. Соответственно появлению в классификации спектральных термов так называемого вспомогательного квантового числа, наряду с главным квантовым числом, оказалось возможным выделить в пределах каждой основной электронной группы в завершённых атомных структурах некоторое число подгрупп, которые постепенно заполняются с возрастанием атомного номера. В каждом атоме сила связи электрона систематически уменьшается с возрастанием значений какого-либо из двух квантовых чисел и обычно будет больше для электрона с более низким главным квантовым числом независимо от значения вспомогательного. Однако в процессе заполнения групп иногда происходит так, что электроны в подгруппах с данным квантовым числом связаны сильнее, чем в подгруппах с меньшим главным квантовым числом, но более высоким вспомогательным квантовым числом. Поэтому первые подгруппы появляются в атоме раньше, чем последние, но с возрастанием атомного номера обычное соотношение между силой различных типов связывания электрона восстанавливается и группы с более низким главным квантовым числом заполняются, в то время как развитие групп с более высокими главными квантовыми числами временно останавливается. Это объясняет аномальное положение в периодической таблице таких семейств элементов, как металлы группы железа и группы платины, а также редкие земли; подобные аномалии обусловлены временной задержкой в регулярном развитии внешних электронных групп с ростом атомного номера, вызванной некоторой переходной стадией в развитии внутренних групп. Это обстоятельство, которое объясняет также несколько необычное поведение рассматриваемых элементов в отношении их магнитных свойств и характеристической окраски, особенно подчёркивали Ладенбург и Бэри. Согласно этой теории, все такие переходные стадии в регулярном развитии структуры атомных групп теперь нашли простое объяснение в добавлении новых подгрупп к основным электронным группам, лишь частично заполненным.

Таким образом, очевидные нерегулярности в периодической таблице являются прямым следствием совершенно элементарных черт квантовой теории.