Verbum

АПЕРА́ТАРЫ ў квантавай механіцы, матэматычныя аперацыі, якія выконваюцца над хвалевай функцыяй, што апісвае стан сістэмы. Служаць для супастаўлення з зададзенай хвалевай функцыяй (вектарам стану) ψ інш. функцыі ${\displaystyle \mathrm{\psi \prime }:\mathrm{\psi \prime }=\hat{\mathrm{L}}\mathrm{\psi }}$ , дзе $\hat{\mathrm{L}}$ — аператар, якому адпавядае фіз. велічыня L. Напр., аператар множання $\hat{\mathrm{x}}\mathrm{\psi }=\mathrm{x}$, дзе $\hat{\mathrm{x}}$ — аператар каардынаты; дыферэнцавання ${\displaystyle {\hat{\mathrm{P}}}_{\mathrm{x}}\mathrm{\psi }=-\mathrm{ih}\frac{\partial \mathrm{\psi }}{\partial \mathrm{x}}}$ , дзе ${\hat{\mathrm{P}}}_{\mathrm{x}}$ — аператар праекцыі імпульсу на вось х. Над аператарам можна выконваць алг. дзеянні, напр., здабытак $\hat{\mathrm{L}}={\hat{\mathrm{L}}}_1{\hat{\mathrm{L}}}_2$ азначае, што ${\hat{\mathrm{L}}}_{\mathrm{\psi }}=\mathrm{\psi ″}$, калі ${\hat{\mathrm{L}}}_1\mathrm{\psi }=\mathrm{\psi \prime }$ і ${\hat{\mathrm{L}}}_2\mathrm{tp\prime }=\mathrm{\psi ″}$. Яўны выгляд аператара вызначаецца ўласцівасцямі пераўтварэнняў той сіметрыі, з якой звязана матэм. фармулёўка адпаведнага закону захавання (гл. Нётэр тэарэма). Уласцівасці аператара $\hat{\mathrm{L}}$ вызначаюцца ўраўненнем $\hat{\mathrm{L}}\mathrm{\psi }={\hat{\mathrm{L}}}_{\mathrm{n}}{\mathrm{\psi }}_{\mathrm{n}}$; яго рашэнні ψ_n (уласныя функцыі) апісваюць квантавыя станы, у якіх фіз. велічыня L прымае значэнні L_n(уласныя значэнні аператара). Набор такіх значэнняў (спектр) выяўляе ўсе значэнні фіз. велічыні L, якія можна вызначыць эксперыментальна, бывае неперарыўным (напр., аператар каардынат, імпульсу), дыскрэтным (аператар праекцыі моманту імпульсу на каардынатную вось) і змешаным (аператар энергіі ў залежнасці ад характару сіл, што дзейнічаюць у сістэме; дыскрэтныя ўласныя значэнні аператара наз. ўзроўнямі энергіі). У квантавай механіцы карыстаюцца пераважна лінейнымі аператарамі і эрмітавымі аператарамі.

А.​А.​Богуш.

т. 1, с. 423

ГАЗ (франц. gaz ад грэч. chaos хаос),

агрэгатны стан рэчыва, у якім слаба звязаныя малекулярнымі сіламі часціцы рухаюцца свабодна і пры адсутнасці знешніх палёў раўнамерна запаўняюць увесь дадзены ім аб’ём. Газ, у якім энергію ўзаемадзеяння паміж часціцамі можна не ўлічваць, наз. ідэальным газам. Яго стан апісваецца Клапейрона—Мендзялеева ўраўненнем.

Рэальныя газы пры звычайных умовах мала адрозніваюцца ад ідэальнага, а пры памяншэнні ціску і павышэнні т-ры па ўласцівасцях набліжаюцца да яго; часцей іх стан апісваецца Ван-дэр-Ваальса ўраўненнем. Пры паніжэнні т-ры газы дасягаюць крытычнага стану, пры далейшым ахаладжэнні і павышэнні ціску адбываецца звадкаванне газаў. Калі рух часціц падпарадкоўваецца законам класічнай механікі, газ наз. нявыраджаным (рэальныя газы), а калі квантавыя ўласцівасці часцінак газа пераважаюць — выраджаным (электронны газ у металах пры тэмпературах, блізкіх да 0 К). Пры нізкіх т-рах газы добрыя дыэлектрыкі, але пры пэўных умовах могуць праводзіць эл. ток (гл. Электрычныя разрады ў газах). Мех. ўласцівасці газаў вывучаюцца ў газавай дынаміцы і аэрадынаміцы. Газы складаюць асн. масу атмасферы, пашыраны ў зямной кары, маюць вял. значэнне ў існаванні жывых арганізмаў (гл., напр., Дыханне, Газаабмен) і біягеахімічным кругавароце рэчываў, газы прыродныя гаручыя — кашт. сыравіна для хім. і газавай прам-сці, крыніца забеспячэння разнастайных бытавых, тэхн. і інш. патрэб гаспадаркі.

А.​І.​Болсун.

т. 4, с. 423

КВА́НТАВАЯ О́ПТЫКА,

раздзел оптыкі, які вывучае статыстычныя ўласцівасці светлавых палёў і квантавыя праяўленні гэтых уласцівасцей у працэсах узаемадзеяння святла з рэчывам. Звязана з квантавай механікай, квантавай электрадынамікай, стат. фізікай і нелінейнай оптыкай. Метады К.о. даюць магчымасць вызначаць механізмы міжмалекулярных узаемадзеянняў па зменах статыстыкі фотаадлікаў (рэгістрацыі параметраў светлавых патокаў фотапрыёмнікамі) пры рассейванні святла ў асяроддзі.

Развіццё К.о. ў 1960-я г. звязана са з’яўленнем лазераў, што дало магчымасць фарміравання светлавых палёў з рознымі стат. ўласцівасцямі. Вывучаліся станы поля, якія мелі класічны аналаг і апісваліся на аснове класічных метадаў. Новы этап развіцця пачаўся ў канцы 1970 — пач. 1980-х г. Тэарэт. даследаванні стат. уласцівасцей аптычных палёў, атрыманых у працэсах узаемадзеяння з рэчывам і стварэнне крыніц святла з рознымі стат. ўласцівасцямі прывялі да пераасэнсавання неазначальнасці прынцыпу і развіцця канцэпцыі «сціснутых» станаў поля. Асн. даследаванні праводзяцца ў галіне квантавай інфармацыі, у т. л. квантавых вылічэнняў, квантавых камп’ютэраў, квантавай крыптаграфіі, рэканструкцыі (тамаграфіі) квантавых станаў поля, спектраскапіі адзінкавых малекул і іонаў, лакалізаваных у высокадыхтоўных рэзанатарах ці цвердацелых матрыцах і інш.

На Беларусі даследаванні па К.о. праводзяцца ў Ін-це фізікі і Ін-це малекулярнай і атамнай фізікі Нац. АН, БДУ.

Літ.:

Клаудер Дж.Р., Сударшан Э.К.Г. Основы квантовой оптики: Пер. с англ. М., 1970;

Килин С.Я. Квантовая оптика: Поля и их детектирование. Мн., 1990.

С.​Я.​Кілін.

т. 8, с. 208

ГАДЗІ́ННІК АСТРАНАМІ́ЧНЫ,

гадзіннік для вызначэння, адліку і захавання дакладнага часу, які неабходны пры астр. даследаваннях, у практычнай астраноміі, астраметрыі. У старажытнасці для астр. даследаванняў карысталіся пясочнымі, вадзянымі і сонечнымі гадзіннікамі. Іх хібнасць складала секунды і болей. Да сучасных гадзіннікаў астранамічных адносяць спец. маятнікавыя (з сутачным ходам гадзіннікаў да 5∙10​⁻⁴ с), кварцавыя гадзіннікі (з сутачным ходам 5∙10​⁻⁷ с), квантавыя гадзіннікі (атамныя гадзіннікі з сутачным ходам не больш за 10​⁻⁸ с).

Маятнікавыя гадзіннікі канструкцый англ. інж. У.​Г.​Шорта і сав. канструктара Ф.​М.​Федчанкі складаюцца з 2 маятнікаў — свабоднага і другаснага. Іх дакладнасць заснавана на ўласцівасці маятніка захоўваць пастаянным перыяд сваіх ваганняў, які залежыць ад даўжыні маятніка. Для выключэння ўплыву змены знешніх умоў (т-ры, атм. ціску) на перыяд ваганняў стрыжань робяць з матэрыялу з малым каэф. лінейнага расшырэння, а сам свабодны маятнік змяшчаюць у герметычным аб’ёме ў ізатэрмічным пакоі. Маятнік злучаны з другасным гадзіннікавым механізмам эл. ланцугом. Маятнікавыя гадзіннікі патрабуюць папраўкі пры дапамозе астр. назіранняў або радыёсігналаў дакладнага часу, што выконваюцца службай часу. Кварцавыя гадзіннікі заснаваны на п’езаэлектрычным эфекце; малекулярныя і атамныя — на выкарыстанні ўласнай частаты ваганняў малекул і атамаў некаторых рэчываў (аміяку, цэзію, вадароду), што дало магчымасць стварыць новую, незалежную ад астр. назіранняў сістэму лічэння часу.

Літ.:

Бакулин П.И., Блинов Н.С. Служба точного времени. 2 изд. М., 1977.

Н.​А.​Ушакова.

т. 4, с. 421

КРЫЯГЕ́ННАЯ ТЭ́ХНІКА,

галіна тэхнікі, звязаная з атрыманнем, захоўваннем і выкарыстаннем крыягенных т-р (ніжэй за 120 К; гл. Нізкія тэмпературы). Да сродкаў К.т. адносяцца ўстаноўкі і апараты для звадкавання газаў (азоту, кіслароду, вадароду, гелію і інш.) і раздзялення ізатопаў і газавых сумесей нізкатэмпературнымі метадамі, крыягенныя вакуумныя помпы, ёмістасці для захоўвання і транспарціроўкі звадкаваных газаў (Дзьюара пасудзіны, крыястаты, крыярэфрыжэратары і інш. халадзільныя машыны).

Сродкі і метады К.т. выкарыстоўваюцца ў касм. і ракетнай тэхніцы (стварэнне глыбокага вакууму для касм. трэнажораў і аэрадынамічных труб, атрыманне крыягеннага паліва і акісляльнікаў для ракетных рухавікоў), энергетыцы (звышправодныя крыягенныя генератары, электрарухавікі, трансфарматары, кабелі, устройствы для атрымання звышмагутных магнітных палёў — звышправодныя магніты, саленоіды), электроніцы і вылічальнай тэхніцы (сродкі крыяэлектронікі, квантавыя ўзмацняльнікі і генератары, крыятроны на аснове звышправодных элементаў для апрацоўкі і запамінання інфармацыі, крыя-ЭВМ), медыцыне (сродкі крыятэрапіі. крыяхірургічныя інструменты, сродкі кансервацыі крыві, тканак і інш.), біялогіі (гл. Крыябіялогія), навуцы (прылады крыяскапіі, пузырковыя камеры, прыёмнікі інфрачырвонага выпрамянення), металургіі, сельскай гаспадарцы, харч. прам-сці і інш.

На Беларусі праблемамі К.т. займаюцца ў Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў, у Акад. навук. комплексе «Ін-т цепла- і масаабмену імя А.​В.​Лыкава» Нац. АН, БДУ і інш.

Літ.:

Фастовский В.Г., Петровский Ю.В., Ровинский А.Е. Криогенная техника. 2 изд. М., 1974;

Околотин В.С. Сверхзадача для сверхпроводников. М., 1983.

В.​У.​Гіль.

т. 8, с. 530

ДЫЭЛЕ́КТРЫКІ (ад дыя... + англ. electric электрычны),

рэчывы, якія практычна не праводзяць электрычны ток і могуць палярызавацца ў знешнім эл. полі (гл. Палярызацыя дыэлектрыкаў). Бываюць цвёрдыя (напр., бурштын, слюда, шкло, эбаніт), вадкія (вада, трансфарматарнае масла) або газападобныя (усе газы). Падзяляюцца на непалярныя (малекулы маюць сіметрычную будову і цэнтры «цяжару» дадатных і адмоўных зарадаў супадаюць), палярныя (малекулы пры адсутнасці знешняга эл. поля маюць адрозны ад 0 дыпольны момант) і іонныя крышталі (крышталічная рашотка з правільным чаргаваннем іонаў розных знакаў і ўтварэннем 2 іонных падрашотак). Адпаведна адрозніваюць электронную (дэфармацыйную), арыентацыйную (дыпольную) і іонную палярызацыю. Механізмы палярызацыі Д. розныя і залежаць ад характару хім. сувязей. Асн. характарыстыкі Д.: дыэлектрычная пранікальнасць, дыэлектрычная ўспрыімлівасць і эл. трываласць (гл. Прабой дыэлектрыкаў). У тэхніцы выкарыстоўваюцца як электраізаляцыйныя матэрыялы, у кандэнсатарах служаць для павелічэння ёмістасці; у паўправадніковай электроніцы (у т. л. мікраэлектроніцы) выкарыстоўваюцца дыэл. плёнкі (аморфныя, шклопадобныя, палімерныя) для ўтварэння структур метал—Д.—метал, метал—Д.—паўправаднік і інш. На аснове кантактаў у выглядзе тонкага слоя Д., які раздзяляе 2 звышправаднікі (кантакты Джозефсана; гл. Джозефсана эфект) створаны маламагутныя ЗВЧ генератары, хуткадзейныя элементы памяці ЭВМ, квантавыя інтэрферометры і інш.

На Беларусі даследаванні па фізіцы Д. пачаліся ў 1935 у БПІ (М.А.Безбародаў). З 1959 вядуцца ў Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў Нац. АН, Бел. політэхн. акадэміі і інш.

Літ.:

Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область слабых полей). М.; Л., 1949;

Яго ж. Физика диэлектриков (область сильных полей). М., 1958;

Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики: Основные свойства и применения в электронике. М., 1989.

А.​У.​Шэлег.

т. 6, с. 305

А́ТАМНАЯ ФІ́ЗІКА,

раздзел фізікі, прысвечаны вывучэнню будовы і ўласцівасцяў атамаў, а таксама элементарных працэсаў, у якіх яны ўдзельнічаюць. У шырокім сэнсе атамная фізіка (субатамная фізіка) — фізіка мікраскапічных з’яў, якім характэрна перарыўнасць рэчыва і электрамагнітнага выпрамянення і якія падпарадкоўваюцца квантавым законам (гл. Элементарныя часціцы, Атам, Малекула, Фатон).

Гіпотэза, што матэрыя складаецца з атамаў як найменшых непадзельных і нязменных часціц, узнікла ў Стараж. Грэцыі ў 5—33 ст. да нашай эры. Дасканалыя ўяўленні пра атамістычную будову рэчыва склаліся значна пазней. У сярэдзіне 19 ст. дакладна вызначаны паняцці малекулы і атама. У канцы 19 ст. адкрыты электрон, рэнтгенаўскія прамяні і радыеактыўнасць, што дало магчымасць устанавіць складаную будову атама. Сучасную ядз. мадэль атама прапанаваў Э.​Рэзерфард у 1911. Гэта мадэль і квантавыя ўяўленні М.​Планка, А.​Эйнштэйна і інш. далі магчымасць Н.​Бору ў 1913 стварыць першую квантавую тэорыю атама і яго спектраў (гл. Бора тэорыя). У 1923 Л. дэ Бройль выказаў ідэю пра хвалевыя ўласцівасці часціц рэчыва, што было пацверджана эксперыментальна ў доследах па дыфракцыі электронаў у 1927 (гл. Дыфракцыя часціц).

Тэарэтычныя асновы атамнай фізікі закладзены ў 1925—28 працамі В.​Гайзенберга, Э.​Шродынгера, М.​Борна, П.​Дзірака і інш., у выніку чаго ўзніклі квантавая механіка і квантавая электрадынаміка. На гэтай аснове дадзена тлумачэнне вял. колькасці мікраскапічных з’яў і прадказаны шэраг эфектаў на атамна-малекулярным узроўні (гл. Атамныя спектры, Вымушанае выпрамяненне, Зонная тэорыя, Фотаэфект). Для апісання ўласцівасцяў элементарных часціц і іх узаемадзеянняў створана квантавая тэорыя поля. Развіццё атамнай фізікі прывяло да карэннага перагляду асн. уяўленняў і паняццяў фізікі мікраскапічных з’яў і ўзнікнення новых галін ведаў і тэхн. дастасаванняў, напрыклад квантавай электронікі, мікраэлектронікі, фізікі цвёрдага цела. На Беларусі даследаванні па атамнай фізіцы і сумежных навуках праводзяцца з канца 1950-х г. у ін-тах фіз. і фізіка-тэхн. профілю АН, БДУ, Бел. політэхн. акадэміі і інш.

Літ.:

Зубов В.П. Развитие атомистических представлений до начала XIX века. М. 1965;

Хунд Ф. История квантовой физики Киев, 1980;

Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики: Пер. с англ. М. 1985;

Ельяшевич М.А. Развитие Нильсом Бором квантовой теории атома и принципа соответствия // Успехи физ. наук. 1985. Т. 147, вып. 2.

М.​А.​Ельяшэвіч.

т. 2, с. 67

МАЛЕ́КУЛА (новалац. molecula, памяншальнае ад лац. moles маса),

найменшая ўстойлівая часціца рэчыва, якая мае ўсе яго хім. ўласцівасці і складаецца з аднолькавых (простае рэчыва) або розных (складанае рэчыва) атамаў. Атамы ў М. злучаны паміж сабой хімічнымі сувязямі. Якасны і колькасны састаў М. выражае формула хімічная, якая адначасова дазваляе вызначыць малекулярную масу. Парадак хім. сувязей у М. дае яе структурная ф-ла. Колькасць атамаў у М. розная: ад 2 (напр., у М. кіслароду O₂) да сотняў тысяч (гл. Макрамалекула). Памеры М. залежаць ад колькасці атамаў у ёй і мяняюцца да 10​² да 10​⁵ пм.

Прасторавае размяшчэнне атамаў у М. адпавядае мінімуму патэнцыяльнай энергіі М. і вызначае яе геам. будову і памеры. Напр., трохатамная М. вады H₂O мае форму раўнабедранага трохвугольніка, у вяршыні якога знаходзіцца атам кіслароду, адлегласць паміж атамамі кіслароду і вадароду (даўж. сувязі O—H) 95,84 пм, а валентны вугал паміж сувязямі H—O—H 104,5°. М. — складаная сістэма, у якой электроны рухаюцца вакол ядраў паводле закону квантавай механікі. Пры злучэнні атамаў у М. іх унутр. электроны не мяняюць свайго руху, а вонкавыя (валентныя) — утвараюць электронную абалонку М., будова якой абумоўлівае характар хім. сувязей у М., рэакцыйную здольнасць хім. злучэння (гл. Рэакцыі хімічныя), магн. (гл. Дыямагнетызм, Парамагнетызм) і эл. ўласцівасці рэчыва. У эл. полі ўсе М. палярызуюцца (вонкавыя электроны М. зрушваюцца адносна ядраў); некат. М. маюць пастаянны дыпольны момант. У М. разам з рухам электронаў адбываецца вагальны рух — перыяд. адносны рух ядраў (разам з унутр. электронамі), у газавай фазе — таксама вярчальны рух усёй М. як цэлага. У адпаведнасці з магчымымі відамі руху поўная энергія М. (E) складаецца з электроннай (E_эл), вагальнай (E_ваг) і вярчальнай (E_вярч) энергій: E = E_эл + E_ваг + E_вярч. Звычайна E_эл ≫ E_ваг ≫ E_вярч. Для кожнага віду руху паводле квантавых законаў дазволены толькі пэўныя (дыскрэтныя) значэнні энергіі (энергет. ўзроўні), пры гэтым электронныя энергет. ўзроўні размешчаны далёка адзін ад аднаго (розняцца на некалькі электронвольт), вагальныя — бліжэй (на дзесятыя і сотыя долі электронвольта), а вярчальныя яшчэ бліжэй (на сотыя — стотысячныя долі электронвольта). Квантавыя пераходы паміж энергет. ўзроўнямі М. суправаджаюцца вылучэннем ці паглынаннем аптычнага выпрамянення. Сукупнасць квантавых пераходаў М. вызначае малекулярныя спектры.

Літ.:

Татевский В.М. Строение молекул. М., 1977;

Флайгер У. Строение и динамика молекул: Пер. с англ. Т 1—2. М., 1982.

М.​А.​Ельяшэвіч, К.​М.​Салаўёў.

т. 10, с. 26

НІ́ЗКІЯ ТЭМПЕРАТУ́РЫ.

крыягенныя тэмпературы, тэмпературы ніжэй за 120 К. Т-ры. меншыя за 0,3 К, адносяць да звышнізкіх. Пры Н.т., асабліва блізкіх да абсалютнага нуля, цеплавы рух атамаў рэчыва памяншаецца і пачынаюць праяўляцца яго квантавыя ўласцівасці (напр., звышправоднасць, звышцякучасць). Пры Н.т. стан цвёрдага рэчыва разглядаецца як упарадкаваны, што дазваляе апісваць яго ўласцівасці з дапамогай квазічасціц. Кандэнсаваны (вадкі або цвёрды) стан рэчыва пры Н.т. вывучае фізіка нізкіх тэмператур. Эфекты, што праяўляюцца пры Н.т., выкарыстоўваюць у касм. матэрыялазнаўстве, крыябіялогіі, крыяэлектроніцы і інш.

Атрыманне Н.т. заснавана на звадкаванні газаў у спец. устаноўках — звадкавальніках, дзе моцна сціснуты газ пры расшырэнні да звычайнага ціску ахаладжаецца і кандэнсуецца (паводле Джоўля—Тамсана эфекту). Як холадаагенты выкарыстоўваюць паветра, азот, неон, вадарод, гелій (т-ра кіпення Т_н = 4,2 К). Для падтрымання Н.т. Т_н холадаагента павінна быць пастаяннай пад атм. ціскам, для чаго выкарыстоўваюць спец. тэрмастаты. Адпампоўваннем газу, што выпараецца, з герметызаванай пасудзіны памяншаюць ціск над вадкасцю і гэтым зніжаюць т-ру яе кіпення. Так дасягаюцца Н.т.: ад 77 да 63 К пры дапамозе вадкага азоту, ад 27 да 24 К — вадкага неону, ад 20 да 14 К — вадкага вадароду, ад 4,2 да 1 К — вадкага гелію. Пры больш нізкіх т-рах вадкія газы цвярдзеюць і страчваюць ахаладжальныя якасці (за выключэннем ізатопа гелію ​⁴Не, які застаецца вадкім амаль да абс. нуля). Метадам адыябатычнага размарожвання парамагнітных солей дасягаюць т-ры 10​⁻³ К, гэтым жа метадам з выкарыстаннем ядзернага парамагнітнага рэзанансу ў сістэме атамных ядраў дасягнута т-ра 10​⁻⁶ К. Т-ры парадку 10​⁻³ К атрымліваюць таксама больш зручным метадам — растварэннем вадкага ​³Не у вадкім ​⁴Не. Вымярэнне Н.т. да 1 К ажыццяўляюць газавым тэрмометрам. У дыяпазоне 0,3—5,2 К нізкатэмпературная тэрмаметрыя засн. на залежнасці ціску насычаных пароў гелію ад т-ры. У практычнай тэрмаметрыі выкарыстоўваюць пераважна тэрмометры супраціўлення.

На Беларусі даследаванні з выкарыстаннем Н.т. вядуцца з 1964 у Ін-це фізікі цвёрдага цела і паўправаднікоў, з 1980-х г. — у Цэнтры крыягенных даследаванняў пры гэтым ін-це (В.​І.​Гасцішчаў, С.​Я.​Дзям’янаў і інш.), а таксама ў інш. ін-тах Нац. АН, БДУ.

Літ.:

Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1 К: Пер. с англ. М., 1977;

Капица П.Л. Физика и техника низких температур: Науч. тр. М., 1989;

Вепшек Я. Измерение низких температур электрическими методами: Пер. с чеш. М. 1980.

С.​Я.​Дзям’янаў.

т. 11, с. 331

А́ТАМ (ад грэч. atomos непадзельны),

часціца рэчыва, найменшая частка хім. элемента, якая з’яўляецца носьбітам яго ўласцівасцяў. Кожнаму элементу адпавядае пэўны род атама, якія абазначаюцца сімвалам хім. элемента і існуюць у свабодным стане або ў злучэнні з інш. атамамі, у складзе малекул. Разнастайнасць хім. злучэнняў абумоўлена рознымі спалучэннямі атамаў у малекулах. Фіз. і хім. ўласцівасці свабоднага атама вызначаюцца яго будовай. Атам мае дадатна зараджанае цэнтр. атамнае ядро і адмоўна зараджаныя электроны і падпарадкоўваецца законам квантавай механікі.

Асн. характарыстыка атама, што абумоўлівае яго прыналежнасць да пэўнага элемента, — зарад ядра, роўны +Ze, дзе Z = 1, 2, 3, ... — атамны нумар элемента, e — элементарны эл. зарад. Ядро з зарадам +Ze утрымлівае вакол сябе Z электронаў з агульным зарадам -Ze. У цэлым атам электранейтральны. Пры страце электронаў ён ператвараецца ў дадатна зараджаны іон. Маса атама ў асноўным вызначаецца масай ядра і прапарцыянальная яго атамнай масе, якая прыблізна роўная масаваму ліку. Пры яго павелічэнні ад 1 (для атама вадароду, Z = 1) да 250 (для атама трансуранавых элементаў, Z>92) маса атама мяняецца ад 1,67∙10​⁻²⁷ да 4∙10​⁻²⁵ кг. Памеры ядра (парадку 10​⁻¹⁴—10​⁻¹⁵ м) вельмі малыя ў параўнанні з памерамі ўсяго атама (10​⁻¹⁰ м). Паводле квантавай тэорыі, для электронаў у атаме магчымы толькі пэўныя (дыскрэтныя) значэнні энергіі, якія для атама вадароду і вадародападобных іонаў вызначаюцца формулай ${\displaystyle {\mathrm{E}}_{\mathrm{n}}=-\mathrm{h}\mathrm{c}\mathrm{R}\frac{{\mathrm{Z}}^2}{{\mathrm{n}}^2}}$ , дзе h — Планка пастаянная, c — скорасць святла, R — Рыдберга пастаянная, n = 1, 2, 3 ... цэлы лік, які вызначае магчымае значэнне энергіі і наз. галоўным квантавым лікам. Велічыня hcR=13,60 эВ ёсць энергія іанізацыі атама вадароду, г. зн. энергія, неабходная на тое, каб перавесці электрон з асн. ўзроўню (n=1) на ўзровень n=∞, што адпавядае адрыву электрона ад ядра. Электроны ў атаме пераходзяць з аднаго ўзроўню энергіі на другі паводле квантавага закону ${\mathrm{E}}_{\mathrm{i}}-{\mathrm{E}}_{\mathrm{k}}=\mathrm{h\nu }$. Кожнаму значэнню энергіі адпавядае 2n​² розных квантавых станаў, што адрозніваюцца значэннямі трох дыскрэтных фізічных велічыняў: арбітальнага моманту імпульсу M_e, яго праекцыі M_ez на некаторы напрамак z і праекцыі (на той жа напрамак) спінавага моманту імпульсу M_sz. M_e вызначаецца азімутальным квантавым лікам 1, які прымае n значэнняў (1=0, 1, 2 ..., n-1); M_ez — арбітальным магнітным квантавым лікам m_e, які прымае 21+1 значэнняў (m₁ = 1, 1-1, ..., -1); Msz спінавым магнітным квантавым лікам ms, які мае значэнні ½ і −½ (гл. Спін, Квантавыя лікі). Агульны лік станаў з аднолькавай энергіяй (зададзена n) наз. ступенню выраджэння ці статыстычнай вагой. Для атама вадароду і вадародападобных іонаў ступень выраджэння ўзроўняў энергіі ${\mathrm{g}}_{\mathrm{n}}=2{\mathrm{n}}^2$. Зададзенаму набору квантавых лікаў n, 1, m_e адпавядае пэўнае размеркаванне электроннай шчыльнасці (імавернасці знаходжання электрона ў розных месцах атама). Паводле Паўлі прынцыпу, у атаме не можа быць двух (або больш) электронаў у аднолькавым стане, таму максімальны лік электронаў у атаме з зададзенымі n і 1 роўны 2 (21 + 1). Электроны ўтвараюць электронную абалонку атама і цалкам яе запаўняюць. На аснове ўяўлення пра паступовае запаўненне, з павелічэннем Z, усё больш аддаленых ад ядра электронных абалонак можна растлумачыць перыядычнасць хім. і фіз. уласцівасцяў элементаў. Гл. таксама Перыядычная сістэма элементаў Мендзялеева.

Літ.:

Шпольский Э.В. Атомная физика. Т. 1—2. М., 1984;

Борн М. Атомная физика. М., 1970;

Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. М., 1988;

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика;

Нерелятивистская теория. 4 изд. М., 1989.

М.​А.​Ельяшэвіч.

т. 2, с. 66