Конечной целью теории атомного строения должно явиться построение всей периодической системы элементов на основании атомных моделей. Такие опыты были проделаны Бором уже в его первых работах, где он использовывает „кольцевую модель\”, из которой следовало, что отдельные электроны располагались по углам нормального многоугольника („колец“). Вычислению такой кольцевой системы были посвящены многие работы Бора \( { }^{4} \) Зоммерфельда \( { }^{5} \) Дебая \( { }^{6} \), Кроо \( { }^{7} \), Смекал \( { }^{8} \) и др.
1 Дать удовлетворительное объяснение с помощью модели вообше до сих пор не удается.
2 N. Bohru D. Coster, Zeitschr. f. Physik. Bd. 12, S. 342, 1923.
3 A. S ommerfeld, Ann. d. Physik, Bd. 51, S. 125, 1916.
– N. Bohr, Phil. Mag, Bd. 26, S. 476, 1913.
5 A. So m m e rf e 1 d, Physik. Zeitschr, Bd* 19, S. 297, 1918.
– P. D е у е, там-же, Bd. 18 , S. 276,1917 .
7 J. K о о, там-же, Bd. 19, S. 307, 1918.
8 A. S m e k a l, Zeitschr. f. Physik, Bd. 5, S. 91, 1921.

\( 182 \)

В особенности это касается исследования рентгеновских спектров; однако, результаты оказались неудовлетворительными. Осталось, в сущности, лишь одно важное замечание Зоммерфельда о том, что такой электронный полигон не просто вращается вокруг ядра, но для него не исключено такое движение, при котором электроны движутся по конгруентным Кеплер-эллипсам (эллипсная связь).

Зоммерфельд исследовал также взаимное возмущение таких колец как в случае их компланарности, так и в случае их расположения в разных плоскостях. Эти модели точно так же, как и действительные атомы, хотя и обладают „заполнением пространства\”, но не обнаруживают той относительной симметрии атомов, которая проявляет себя и химически (углерод-тетраедр) и кристаліографически, Вследствие этого Ланде \( { }^{1} \) попытался, дать модели с пространственно симметричными елементами, имеющими то общее с эллипсной совокупностью,что электроны пробегаэот конгруентные пути, находясь в точных фазовых взаимоотноше: ниях (напр., одновременное прохождение перигелия). Но эти модели при квантовых исследования всегда отказывались служить. Бор понял, что дать картину строения атома путем конструирования модели и чисто теоретического ее исследования является трудной задачей; поэтому он делает попытку набросать здание атома, использовывая частично теоретические, частично экспериментальные изыскания, а также данные химии, и физики. Результаты химии, которые могут быть использованы в этом отношении, систематизированы и наглядно изложены в работе Косселя \( { }^{2} \).

Он исходит из того, что периоды системы элементов начиваются с благородного газа, атомы которого обладают тем свойством, что они не вступают никогда в соединения и необычайно трудно поддаются ионизации. В силу этого атомы благородных газов представляют особенно симметричные и стабильные конфигурацин, которые ввиду высокой симметрии окружены лишь незначительными силовыми полями и, благодаря высокой стабильности, не отдают легко и не присоединяют электронов. Атомы галоидов ( \( \mathrm{F}, \mathrm{Cl}, \mathrm{Br}, \mathrm{J} \) ) стоят впереди благородных газов. Они выступают часто, как однозалентные отрицательные йоны; по Косселю это объясняется тем, что в присущей им системе электронов недостает одного дополняющего симметрию электрона для того, чтобы получилась стабильная конфигурация благородных газов; вследствие этого они стремятся присоединить этот недостающий электрон, что сопровождается потерей энергии.

Наоборот, идущие за благородными газами атомы щелочных металлов \( \mathrm{Li}, \mathrm{Na}, \mathrm{K}, \mathrm{Rb}, \mathrm{G}) \) всегда выступают одновалентными

1 A. L a n d è, Verhandl. d. Dtsch. physikal. Ges., Bd 21, S. 2, 644, 653, 1919. Zeitschr. f. Physik, Bd. 2. S. 83, 380, 1920.
2 W. Kos s 1, Ann. d. Physik, Bd. 49, S. 229, 1920.

положительными ионами; следовательно, они легко отдают электрон; поэтому нужно полагать, что в этой группе существует на перефирии корпуса легко отделимый электрон, вращающийся подобно электронам благородных газов.

Идя тем же путем, можно объяснить положительную или отрицательную электронную валентность всех остальных атомов. Первая объясняется существованием легко определяемых электронов, после удаления которых остается остов характера благододных газов; последняя отрицательная валентность объясняется стремлением дополнить „несовершенную“ электронную конфигурацию до конфигурации благородных газов посредством присоединения электронов. Проследив по этому принципу всю периодическую систему, мы приходим к заключению о необходимости оболочноо строения атома (см. § 29).

Первый период, состоящий из электронов Н и Не, образует наиболее внутренню оболочку; следовательно система двух электронов благородного газа не должна быть очень устойчивой конфигурацией. Второй период начинается с Lj. Этот элемент имеет остов характера атома Не, на периферии которого находится слабо связанный третий электрон. У следующего элемента Ве появляется еще один внешний электрон и т. д. до тех пор, пока в десятом элементе \( \mathrm{Ne} \) вторая оболочка не превратится в устойчивую конфигурацию благородных газов, состоящую из 8 электронов. Этим заканчивается вторая оболочка. Первый элемент третьего периода \( \mathrm{Na} \) опять имеет внешний слабо связанный электрон, дающий начало третьей оболочке; она кончается благородным газом А и, так как он имеет атомный номер 18 , то полная третья оболочка состоит вновь из 8 электронов.

Подобным образом система строится дальше, но периоды становятся теперь длиннее (сперва идет 18 электронов, затем 32 ). Появляю шиеся в дальнейшем элементы \( \mathrm{Cu}, \mathrm{Ag}, \mathrm{Au} \) аналогичны щелочным металлам; они, таким образом, характеризуются легко отделимым электроном и относительно устойчивым остовом. Благодаря таким соображениям, Коссель сумел физически обосновать большую часть неорганической химии; особенно большой успех имела эта теория в области так называемых комплексных соединений, т. е. таких соединений, при которых, вследствие взаимного складывания атомных комплексов, возникают молекулы, что вполне подтверждается простой теорией валентности.

Лангмюир и Левис \( { }^{1} \) (независимо от Косселя) дали наглядное представление теории, изобразив устойчивую конфигурацию 8 электронов, наблюдаемую в \( \mathrm{Ne}, \mathrm{A} \) и ионах соседних элементов. в виде кубика (октет-теория), в котором размещены по углам эти находящиеся в равновесии 8 электронов. Таким образом, исследователи-американцы сводят вопроск статической

1 Loc. cit., S. 207.

модели, не укладывающейся в рамках нашей атомной механики, и поэтому нам придется ее отбросить вообще. Из физических соображений можно только высказать достаточно правдивое предположение о том, что электронная конфигурация идеального газа, состоящая из 8 электронов, должна иметь приблизительно симметрию кубика. Галоиды щелочных металлов (типа каменной соли \( \mathrm{NaCl} \) ) кристаллизируются в нормальнсй системе; однако, взвенивая результаты анализа рентгеновскими лучами, нужно полагать, что решетки состоят не из нейтральных атомов, а из ионов (напр, \( \mathrm{Na}^{+} \)и \( \mathrm{Cl}^{-} \)). Это заключение следует из факта существования ультракрасных собственных колебаний решетки, обусловливающего места селективной абсорбции и отражения (остаточные лучи); затем Дебай и Шеррер \( { }^{1} \) посредством качественных измерений рентгеновской диаграммы на Li F показали, что числа электронов составных частиц решетки относятся как \( 1: 5 \), что соотвєтствует ее строєнию из \( \mathrm{Li}+ \) с двумя электронами и \( F- \) с 10 электронами. \( { }^{2} \)

Кубический характер кристаллов позволяет судить о кубической симметрии составных частей ионов типа благородных газов. Дальнейшую опорную точку для кубической симметрии мы получаем, делая попытку свести отталкивания ионов решетки к электрическим силам,расположив ионы таким образом, чтобы это соответствовало экспериментальным данным сжатия. \( { }^{3} \) Таким образом, можно окончательно утверждать действительность кубической симметрии конфигурации типа благородных газов. К этому, из результатов химических исследований оказывается, что атом углерода обладает тетраедной симметрией. Симметричные свойства определенных электронных групп в боровской периодической системе играют очень важную роль; так, например, предполагается, что многие электронные пути одного и того же типа (равных квантовых чисел, равных форм траектории и энергий) могут встречаться всегда лишь в определенном количестве, меньшем или в лучшем случае равном числу траекторий, при которых конфигурация такой системы обладает наиболее симметричным характером (как тетраедр, куб и т. д.). Теоретический вывод этого принципа симметрии с помощью механических и квантотеоретических законов пока еще невозможен.

Путь, приведший Бора к прогрессивной теории строения атома, в отношении последовательности порядковых номеров, был следующий. Он рассматривает присоединение атомным остатком наиболее слабо связанных электронов. Этот процесс совершается на стационарных путях, что нодтверждается дуговым спектром элемента. Во время этого процесса атом распадается на остов

1 P. Debye u. P. S cherrer, Physikal. Zeitschr., Bd. 19, S. 474, 1918.
2 Аналогичные исследования MgO были произведенны: W. Gerlach น. O. Pauli (Zeitschr. f. Physik. Bd. 7, S. 116, 1921).
3 M. B or n, Verhandl! d. Dtsch. physikal. Ces., Bd. 20, S. 230, 1918; E. Madeu n g, Physikal, Zeitschr, Bd. 19, S. 524, 1918.

и оптический электрон. Оставшийся остов имеет то же число электронов, которое было у атома до процесса, и на 1 заряд ядра больше. Теперь возникает вопрос, имеют ли электроны в остове то же самое расположение электронов, которое было у находящегося перед этим в нейтральном состоянии атома, или нет. Этот вопрос в большинстве случаев решается наблюдениями над искровыми спектрами. Следующий вопрос заключается в том, на каком из последних путей движется присоединенный электрон; ведет ли он себя подобно имеющимся.в остове самым крайним электронам или он движется по пути, который еще там не наблюдался. В первом случае он продолжает заполнять уже имевшуюся оболочку; во втором же случае он начинает образовывать новую. Для решения этих вопросов необходимо знать квантовые числа путей в атоме. Эту мысль Бор называет принципом построения атома.