Орбиты, появляющиеся при связывании седьмого электрона в атоме азота и седьмого, восьмого, девятого и десятого электронов в следующих элементах, являются круговыми орбитами типа 2₂. Диаметр этих орбит значительно больше диаметра орбит двух внутренних электронов, но тем не менее они лежат внутри области, в которой движутся четыре следующих электрона. Поэтому вытянутые участки эксцентричных 2₁-орбит должны несколько выступать за круговые 2₂-орбиты. Я не предполагаю подробнее останавливаться на вопросе о последовательном присоединении и связывании новых электронов; для этого требуется точное исследование взаимодействия движений электронов по двум типам двухквантовых орбит. Укажу только, что в атоме неона, где необходимо предположить существование четырёх 2₂-орбит, расположение плоскостей этих орбит обладает не только высокой степенью пространственной симметрии относительно друг друга, но и образует гармоническую конфигурацию по отношению к четырем эллиптическим 2₁-орбитам. Однако взаимодействие такого рода без совпадения плоскостей орбит осуществимо только для конфигурации орбит в обеих подгруппах с систематическим отклонением от тетраэдрической симметрии. Поэтому электронная группа с двухквантовыми (2₁ и 2₂) орбитами в атоме неона будет обладать только одной простой осью симметрии, совпадающей, как это необходимо предположить, с осью симметрии конфигурации внутренней группы двух электронов на одноквантовых орбитах.

В отношении объяснения ясно выраженного электроотрицательного характера кислорода и фтора, элементов, предшествующих неону и имеющих атомные номера 8 и 9, нужно подчеркнуть следующее. Стремление нейтральных атомов этих элементов образовать путём присоединения новых электронов отрицательные ионы, обладающие строением, подобным нейтральному атому неона, нужно приписать не только большей симметрии и поэтому увеличивающейся прочности электронной конфигурации. Существенно также то, что новые присоединённые электроны расположатся внутри области 2₁-орбит. Это обстоятельство обусловливает разницу элементов второй и первой половины второй группы периодической системы; в первой половине названных элементов существует только один тип двухквантовых орбит.

Мы переходим к вопросу о строении атомов элементов третьего периода системы элементов и сталкиваемся прежде всего с задачей о способе связывания одиннадцатого электрона в атоме. Отношения здесь в известной мере подобны тем, с которыми мы встретились при исследовании связывания седьмого электрона. Так же, как и в атоме углерода, конфигурация атома неона была бы существенно или полностью искажена присоединением нового электрона на орбиту типа орбиты последнего связанного электрона. Как и в случае 3-го и 7-го электронов, можно ожидать, что 11-й электрон расположится на орбите нового типа — 3₁-орбите. Электрон, движущийся по такой орбите, будет находиться большей частью вне конфигурации десяти первых электронов; в некоторые моменты он, однако, проникает не только в области 2₁ и 2₂-орбит, но даже и в области, где его расстояние от ядра будет меньше радиуса одноквантовых орбит двух первых связанных электронов. Это обстоятельство, чрезвычайно важное для понимания устойчивости атома, приводит для связывания рассматриваемого 11-го электрона к такому интересному результату. В атоме натрия электрон во внешних частях орбиты будет двигаться в поле, мало отличающемся от поля ядра атома водорода; тем не менее размеры соответствующих частей орбиты 11-го электрона натрия существенно отличаются от размеров 3₁-орбиты атома водорода. Причина этого состоит в том, что хотя 11-й электрон находится в области орбит десяти первых электронов в течение очень короткого времени, тем не менее данная часть пути существенна для определения главного квантового числа; движение электрона для внутренней части пути очень мало отличается от движений ранее связанных электронов на 2₁-орбитах. С этими обстоятельствами связана неопределённость, существующая до сих пор в отношении определения квантовых чисел стационарных состояний таких спектров, как рассмотренный выше спектр натрия (ср. стр. 333). Вопрос этот поднимался неоднократно. Например, Рождественский на основании формального сравнения спектральных термов различных щелочных спектров с термами водородного спектра считал возможным сделать вывод, что нормальное состояние соответствует 2₁-орбите, а не 1₁- орбите, как можно было бы думать. Такая интерпретация соответствует, например, численным значениям 𝑛 на схеме, изображённой на рис. 1 (стр. 333), указывающим стационарные состояния атома натрия. В связи с попыткой объяснить большую разницу между 𝑆-термами, с одной стороны, и 𝑃-, 𝐷-термами щелочных спектров — с другой, сказывающуюся в значениях постоянных α_𝑘 в соотношении (12), Шредингер приходит к такому же результату. Он предполагает, что «внешний» электрон в 𝑆-состояниях в отличие от 𝑃- и 𝐷-состояний при своем обращении часть времени находится внутри области орбит внутренних электронов. В особенности последнее исследование содержит много существенных указаний. Однако нам придётся предполагать, как увидим, что эти соотношения у различных щелочных спектров существенно разнятся. В отличие от спектра лития, у которого первые термы 𝑆- и 𝑃-рядов соответствуют 2₁-и 2₂-орбитам, для спектра натрия мы должны предполагать, что первый спектральный терм в 𝑆-ряду соответствует 3₁-орбите; более точное изучение показывает, что даже первый терм 𝑃-серии соответствует не 2₂-орбите, как указано на схеме, а 3₂-орбите. Интерпретация, положенная в основу схемы на рис. 1, приводит, в частности, к тому следствию, что 𝑃-термы должны быть меньше, чем водородные термы, соответствующие тому же главному квантовому числу. Но для объяснения этого обстоятельства пришлось бы рассматривать среднее действие внутренних электронов как отталкивание, большее, чем то, которое производилось бы в случае соединения их общего электрического заряда в центре атома. Мы не можем ожидать этого на основании представлений о строении атома, подобных развиваемым здесь. Последний присоединённый электрон, во всяком случае для малых значений 𝑘, будет временами пробегать внутри орбит ранее присоединённых электронов; это обстоятельство приведёт к тому, что действие внутренних электронов в общем будет соответствовать некоторому эффективному отталкиванию, значительно меньшему, чем то, которое вызывалось бы соединенным зарядом внутренних электронов. Вместо кривых, проходящих справа вниз налево на приведённой ранее схеме (рис. 1), между точками, которые должны представлять стационарные состояния с тем же главным квантовым числом, мы получаем теперь кривые, проходящие слева направо приблизительно так, как это изображено на рис. 2; квантовые числа, соответствующие стационарным состояниям, указаны на основании изложенной здесь новой интерпретации.

Рис. 2

Сравнивая обе схемы (рис. 1 и 2), мы видим, что в первой интерпретации спектр натрия описывается просто как искажённый спектр водорода; на рис. 2 изображено такое «искажение» водородного спектра, в котором исчезло несколько термов с низшими порядковыми числами. В связи с вопросом об объяснении спектра натрия на основании изложенной модели атома можно указать, что эта модель не только объясняет величину термов спектра натрия, но и даёт естественное толкование мультиплетности 𝑃 и 𝐷-рядов, как следствия отклонения конфигурации первых десяти связанных электронов от чистой центральной симметрии. Этот недостаток симметрии вызывается конфигурацией двух внутренних электронов и распространяется к периферии атома потому, что 2₁-орбиты часто проникают в область этих электронов.

Изложенные соображения о возникновении спектра натрия дают одновременно объяснение его электроположительных свойств. Спектр атома показывает, а модель атома делает понятным, что последний электрон в атоме натрия связан ещё слабее, чем последний электрон атома лития. В связи с этим можно указать, что уменьшение прочности связи валентного электрона в семействе щелочных металлов с повышением атомного номера позволяет понять одновременное возрастание атомного объёма. На основании своих работ о рентгеновских спектрах Зоммерфельд прежде держался мнения, что возрастание атомных объёмов подтверждает предположение о возрастании квантового числа, связанного с орбитой валентного электрона, на единицу при переходе от одного щелочного металла к следующему; такое предположение совпадает с принятыми здесь воззрениями. Однако позднее в связи со своими исследованиями о сериальных спектрах Зоммерфельд решительно отказался от своего предположения, которое приводит к возрастанию атомных объёмов, на первый взгляд значительно большему, чем это наблюдается. Это обстоятельство просто объясняется, если принять во внимание, что орбита валентного электрона частично проходит в область внутренних конфигураций и что «эффективное квантовое число» внешней почти эллиптической петли орбиты будет значительно меньше, чем главное квантовое число полностью центральной орбиты. Замечу ещё, что Вегард, также опираясь на исследования рентгеновских спектров, высказал предположение о возрастании квантовых чисел для электронных орбит в группах атома, считая от ядра наружу. Основываясь на этом, он ввёл предположение о связи числа электронов в атомных группах с длиной периода системы элементов. Эти воззрения представляют определённую формальную аналогию с результатами, излагаемыми ниже. Однако и соображения Вегарда не дают точки опоры для более детального исследования образования групп и их устойчивости, и, следовательно, отсутствует основа для полного понимания свойств элементов.