Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

О том, как, пользуясь «колдовским» методом, ученые продолжали рассчитывать схемы устройства различных атомов, мы расскажем дальше. А сейчас несколько слов о судьбе работ Генри Мозли.

Возвратимся в 1915 год, год смерти молодого физика. Эстафетную палочку, выпавшую из его рук, поднял Вальтер Коссель, физик-экспериментатор, окончивший Гейдельбергский университет в 1911 году. Главный его интерес был сосредоточен на спектроскопии, теории химических связей и периодической системе химических элементов. Сопоставив рентгеновские спектры атомов с последовательно заполняющимися электронными оболочками атомов, он понял природу химической связи. Это было в 1916 году. Работая в Мюнхенском университете, он поразил научный мир солидной работой — показал, что химические свойства атомов определяются числом электронов во внешней электронной оболочке.

Коссель первым опубликовал вариант периодической системы Менделеева, в которой он, следуя Мозли, пронумеровал все клетки вплоть до урана, пометив прочерками места еще неизвестных в 1916 году элементов.

В том же 1916 году американский физико-химик Гилберт Ньютон Льюис (который в 1929 году введет в науке термин «фотон»), а затем в 1919 году Ирвинг Ленгмюр тоже американский физик и химик (получивший в 1932 году Нобелевскую премию по химии), связали последовательное заполнение электронных оболочек атомов с их химическими свойствами и расположением в клетках таблицы Менделеева. Затем Льюис сделал важный шаг, заметив связь устойчивости молекул с количеством электронов во внешних оболочках атомов, образующих молекулу. Для подавляющего числа устойчивых молекул суммарное количество электронов во внешних оболочках атомов, составляющих эти молекулы, является четным. Если это количество нечетно, то молекула обладает большой химической активностью, она стремится связаться с еще одним атомом или с другой молекулой, чтобы образовать соединение с четным суммарным числом электронов во внешних оболочках соединившихся атомов.

Это был период накопления опытных фактов и феноменологического (описательного) подхода к объяснению свойств атомов и их связи с периодическим законом Менделеева. Итог этому периоду подвел Бор в 1921 году в докладе «Строение атома в связи с химическими и физическими свойствами элементов».

Перечисление всех изложенных в докладе результатов заняло бы слишком много места. Все они направлены на выявление связи строения электронных оболочек атомов с их физическими и химическими свойствами. В частности, Бор подметил, что водород начинает, а гелий завершает первый период таблицы Менделеева. Далее идут периоды от лития до неона и от натрия до аргона, содержащие по 8 элементов, а два дальнейших периода — от калия до криптона и от рубидия до ксенона — содержат по 18 элементов.

Исходя из последовательного рассмотрения усложняющихся электронных оболочек и отступления от строго последовательного заполнения их в группах переходных и редкоземельных элементов, Бор объяснил причину химичкой общности элементов внутри этих групп. Он отметил, что по мере приближения к порядковому номеру 86 снова возникает симметричное образование электронной оболочки, свойственное инертным газам (это место впоследствии занял неустойчивый радиоактивный газ — радон)

В своем докладе Бор впервые последовательно показал, как в результате увеличения атомного номера (соответствующего величине положительного заряда ядра) происходит заполнение электронных оболочек атома. Как конкретные свойства оболочек, в свою очередь, приводя к периодическому изменению физических и химических свойств веществ. Квантовая теория объяснила то, что почувствовал и понял Менделеев задолго до заступления квантовой эры.

Это было одно из великих достижений первоначальной квантовой теории строения атомов. Оно стало ее последим триумфом. Чтобы после ответа на вопрос, как устроен атом, поставить и ответить на вопрос, почему он устроен именно так, а не иначе, нужен был новый скачок теории превосходящий по своей дерзости и отваге боровскую теорию квантовых атомных орбит.

Из прошлого в будущее

Идеи Бора произвели сильное впечатление на современников. Но никто из них поначалу не обратил внимания № содержащийся в его постулатах намек на трудности философского осмысления атомных процессов. Вспомним, энергия фотона, излученного электроном, определяется двумя состояниями: орбитой, которую он покидает (то есть прошлым), и орбитой, на которую он приходит (то есть будущим).

Так возникает странная ситуация, при которой физический процесс зависит не только от прошлого, но и от будущего!