Table Of ContentSTRUKTUR DER MATERIE
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F. HUND
LINIENSPEKTREN
UND PERIODISCHES SYSTEM
DER ELEMENTE
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
Verlag von Julius Springer in Berlin W9
Tabelle der Hauptlinien der Linienspektra aller Elemente
nach Wellenlänge geordnet. Von H. Kaysf'r. Geheimer Regierungs
rat, Professor der Physik an der Universität Bonn VIII, 198 Seiten.
1926 Gebunden RM 24.-
Seriengesetze der Linienspektren. Gesammelt von F. Puchen
und R. Götze. IV, 154 Seiten. 1922. Gebunden RM 11.-
Tabellen zur Röntgenspektralanalyse. Von Paul Giinthf'r,
Assistent am Physikalisch-Chemischen Institut der Universität Berlin.
61 Seiten. 1924. RM 4.80
Valenzkrüfte und Röntgenspektren. Zwei Aufsätze übfr das
Elektronengebäude des Atoms. Von Dr. W. Kossel, o. Professor an
der Universität Kiel. Z weite, vermehrte Auflage. Mit 12 Abbil
dungen. 89 !:leiten. 1924. RM 3.60
Speldroskopie der Röntgenstrahlen. Von Dr.Manne Siegbahn.
Professor an der Universität Upsala. Mit 119 Abbildungen. VI,
257 Seiten. 1924. RM 15.-
Stereoskopbilder von Kristallgittern. Unter Mitarbeit von
Cl. von Simson und E. Verständig herausgegeben von M. von Laue
und R. von Mises. Professoren an der Univelsität Berlin. I. Mit
24 Tafeln und 3 Textfiguren. 43 Seiten. 1926. Deutsoher und eng
lisoher Text. In Mappe RM 15-
Probleme der Atomdynamik. Erster Teil: Die Struktur des
Atoms. Zweiter Teil: Die Gittertheorie des festen Zustandes.
30 Vorlesungen, gehalten im Wintersemester 1925/26 am Massaohusetts
Institute of Technology. Von Max Born, Professor der Theoretischen
Physik an der Universität Göttingen. Mit 42 Abbildungen und 1 Tafel.
VIII, 184 Seiten. 1926. RM 10.50; gebunden RM 12.-
Das Element Hafnium. Von Prof. Dr. Georg von Hevesy, Leiter
des Chem.-Physikal. Instituts der Universität Freiburg i. Br. Mit
23 Abbildungen. IV, 49 Seiten. 1927. RM 3.eO
Verlap: von Julius Springer in Berlin W 9
Struktur der Materie in Einzeldarstellungen. Herausgegeben
von M. Born, Göttingen und J. Franek, Göttingen.
I. Zeemaneffekt und Multiplettstruktur der Spektrallinien. Von
Dr. E. Back, Privatdozent für Experimentalphysik in Tübingen,
und Dr. A. Lande, a. o. Professor für Theoretische Physik in Tübingen.
Mit 25 Textabbildungen und 2 Tafeln. XII, 213 Seiten. 1925.
RM 14.40; gebunden RM 15.90
II. Vorlesungen über Atommechanik. Von Dr. )lax Born, Professor
an der Universität Göttingen. Herausgegeben unter Mitwirkung von
Dr. Frlf'drlch Hund, Assistent sm Physikalischen Institut Göt
tingen. Erster Band. Mit 43 Abbildungen. X, 358 Seiten. 1925.
RM 15.-; gebunden RM 16.50
fiL Anregung von Quant.enspriingen durch Stöße. Von Dr. J. Franck,
Professor an der Universität Göttingen, und Dr. P. Jordan, Assistent
am Physikalischen Institut Göttingen. Mit 51 Abbildungen. VIII,
312 Seiten. 1926. RM 19.50; gebunden RM 21.-
V. Die seltenen Erden vom Standpunkt des Atombaues. Von Prof.
Dr. Georg v. "evesy, Leiter des Chem.-Physikal. Instituts der Uni
versität Freiburg i. Br. Mit etwa 13 Abbildungen.
Erscheint im Februar 1927.
Die weiteren Bände werden behandeln:
Strahlungsmessungen. Von Professor Dr. W. Gerlach-Tübingen. -
Graphlsrhe Darstellung der Spektren. Von Privatdozent Dr. W. Gro
trian-Potsdam und Geheimrat Professor Dr. C. Runge-Göttingen. -
Lichtelektrlzltiit. Von Professor Dr. B. Gudden-Göttingen. - Atombau
und chemische Kräfte. Von Professor Dr. W. Kossel-Kiel. - Banden
IIpektra. Von Professor Dr. A. Kratzer-Münster. - Starkeffekt. Von
Professor Dr. R. Ladenburg-BerIin. - Kern-Physik. Von Professor
Dr. Lise Meitner-Berlin. - Kristallstruktur. Von Professor Dr. P.
Niggli-Zürich und Professor Dr. P. Scherrer-Zürich. - Periodisches
System und Isotople. Von Professor Dr. F. Paneth-Berlin. - Das ultra
rote Spektrum. Von Professor Dr. C. Schaefer-Marburg und Dr. Matosi.
- Vakuumspektroskopie. Von Dr. Hertha Sponer-Göttingen. -
Atomtheorie der Gase und Fliissigkeiten. Von Privatdozent Dr.
R. Fürth-Prag. - Plastizität von Krystallen. Von Dr. E. Schmid
Frankfurt a.. M. - AstrophY!likalische Anwendung der Atomphysik.
Von Dr. Sven Rosseland.
Über den Bau der Atome. Von Niels Bohr. Dritte, unveränderte
Auflage. Mit 9 Abbildungen. 60 Seiten. 1925. RM 1.80
Das Atom und die Bohl'sche Th('orie seines Baues. Ge
meinverständlich dargestellt von H. A. Kramers, Dozent am Institut
für Theoretische Physik der Universität Kopenhagen und Hplge Holst,
Bibliothekar an der Königlichen Technischen Hochschule Kopenhagen.
Deutsch von F. Arndt, Professor an der Universität Breslau. Mit
35 Abbildungen, 1 Bildnis und 1 farbigen Tafel. V, 192 Seiten.
1925. RM 7.50; gebunden RM 8.70
STRUKTUR DER MATERIE
IN EINZELDARSTELLUNGEN
HERAUSGEGEBEN VON
M. BORN-GOTTINGEN UND J. FRANCK-GOTTINGEN
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LINIENSPEKTREN
UND PERIODISCHES SYSTEM
DER ELEMENTE
VON
DR. FRIEDRICH HUND
PRIVATDOZENT AN DER UNIVERSITÄT
GÖTTINGEN
MIT 43 ABBILDUNGEN
UND 2 ZAHLENTAFELN
SPRINGER-VERLAG BERLTN HElDELBERG GMBH 1927
Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com
ISBN 978-3-642-49540-3 ISBN 978-3-642-49831-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-49831-2
ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ÜBERSETZUNG
IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN.
COPYRIGHT 1927 BY SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG
URSPRÜNGLICH ERSClllENEN BEI JULlliS SPRINGER IN BERLIN 1927.
SOFTCOVERREPRINT OF THE HARDCOVER 1ST EDmON 1927
Vorwort.
In .d en vierzehn Jahren seit dem Erscheinen von BOHRS ersten
Arbeiten über die Quantentheorie des Atombaues und der Spek
tren ist die Erkenntnis von den im Atom geltenden Gesetzen und
das Verständnis der doch zunächst unentwirrbar scheinenden
Mannigfaltigkeit der Spektrallinien sehr rasch fortgeschritten,
und das Teilgebiet der Quantentheorie, das sich mit der Deutung
der Spektren befaßt, ist heute zu einem gewissen Abschluß ge
langt. Die wesentliche Richtung dieser Entwicklung war schon
in BOHRS ersten Arbeiten gegeben; wenn man sie heute, nach
Vollendung der dort begonnenen Wege, liest, wundert man sich,
wie wenig an den grundlegenden Begriffen und Sätzen von unse
rem heutigen Standpunkt aus zu ändern wäre. Als wichtige
Schritte im weiteren Ausbau möchte ich erwähnen SOMMERFELDS
Systematik der Serierispektren, LANDES Analyse der ZEEMAN
Effekte, die durch CATALAN begonnene Ordnung der verwickelten
Spektren in Multipletts, die Erweiterung des Modells vom Atom
durch RussELL und SAUNDERS, die Angabe der Regeln über die
Mannigfaltigkeit der Terme durch PAULI und HEISENBERG, die
eine Systematik auch der verwickeltsten Spektren möglich
machten; schließlich aus neuester Zeit die Formulierung der
Quantenmechanik durch HEISENBERG und SCHRÖDINGER und
die UHLENBECK-GouDsMITsche Hypothese vom magnetischen
Elektron.
Das vorliegende Buch versucht, eine Zusammenfassung und
einheitliche systematische Darstellung dieser Entwicklung zu
geben. Ein Blick auf die Überschriften zeigt den eingeschlagenen
Weg: durch Betrachtung zuerst der groben, dann der feineren
Eigenschaften der Spektren wird das Atommodell schrittweise
verfeinert, bis es von allen Einzelheiten wenigstens qualitativ
Rechenschaft zu geben vermag. Wenn dabei von der neuen
Quantenmechanik kein wesentlicher Gebrauch gemacht wird,
so gesohah das sicher nicht in Verkennung· ihrer Rolle bei der
IV Vorwort.
Deutung der Spektren. Ihre Benutzung hätte aber den Leser
gleichzeitig vor zwei Problemkreise gestellt. Dem Studierenden,
der nach Erarbeitung der Grundtatsachen des Atombaues und
der Quantentheorie sich mit den Spektren eingehender vertraut
machen will, wird vielleicht eine an seine bisherigen Vorstellungen
anschließende Darstellung willkommen sein. Der Spektroskopi
ker, der Gesichtspunkte und Methoden zur Deutung seiner Er
gebnisse braucht, der Astronom oder Chemiker, der sich über
die Systematik und die theoretische Deutung der Spektren unter
richten will, wird dazu nicht erst Quantenmechanik lernen mögen.
Und auch dem theoretischen Physiker, der die Beziehung zu
den empirischen Ergebnissen der Erforschung der Spektren sucht,
wird vielleicht die vorliegende mehr anschauliche und sich der
tatsächlichen Entwicklung der Begriffe und Vorstellungen an
schließende Darstellung in manchem von Nutzen sein. Ich glaube
nicht, daß durch dieses Verfahrender Leser über Schwierigkeiten
hinweggetäuscht wird; vielmehr habe ich mich bemüht, auch
auf die Härten und Grenzen der korrespondenzmäßigen Be
trachtung hinzuweisen.
Die Deutung der einfachen Spektren und ihr Zusammenhang
mit dem periodischen System der Elemente nach BOHR hat im
Rahmen dieser Sammlung schon eine Darstellung gefunden, in
BORN, Atommechanik I. Im Einverständnis mit Herrn Prof.
BORN habe ich mir erlaubt, einige (damals unter meiner Mit
wirkung entstandene) Abschnitte aus diesem Buch mit nur ge
ringer Umarbeitung zu benutzen.
Für wertvollen Rat habe ich Herrn Professor H. N. RussELL
in Princeton (Jersey) und für sorgfältige Hilfe bei der Korrektur
Herrn W. HARRIES in Göttingen zu danken. Verlag und Druckerei
haben ihr Bestes getan, alle Wünsche betreffs Satz und Aus
stattung zu erfüllen.
Kopenhagen, im Dezember 1926.
FRIEDRICH HUND.
Inhalts verzeichnis.
Erstes Kapitel.
Grundlagen.
Seite
§ 1. Die allgemeinen spektroskopischen Gesetze 1
§ 2. Die Vorstellungen vom Atombau und die Grundlagen der
Quantentheorie. 5
§ 3. Atommechanik . 10
§ 4. Atommodelle. . 19
Zwei tes Ka pi tel.
Das einfache Modell des Leuchtelektrons.
§ 5. Die Spektren der Atome mit einem Elektron. 20
§ 6. Das Modell des Leuchtelektrons . . . . . 25
§ 7. Das Termschema der einfachen Spektren. . . 28
§ 8. Abschätzung von Termwerten . . . . . . . . 33
§ 9. Wahre und effektive Quantenzahlen des Leuchtelektrons 38
§ 10. Die Röntgenspektren . . . . . . . . . 42
§ 11. Atombau und chemische Eigenschaften. 47
§ 12. Das periodische System der Elemente . 49
Drittes Kapitel.
Das Modell des Kreiselelektrons.
§ 13. Das Termschema der Alkalien. . . . . . . . 58
§ 14. Einfluß schwacher Magnetfelder auf die Alkaliterme . 62
§ 15. Einfluß starker Magnetfelder auf die Alkaliterme . 68
§ 16. Die absolute Größe der Alkalidubletts . . . . . . 72
§ 17. Einiges über den STARK-Effekt der Alkalispektren 76
Viertes Kapitel.
Das Zusammenwirken der Elektronen eines Atoms bei
normalen Koppelungsverhältnissen.
§ 18. Das Termschema der Erdalkalien . . . . . . 78
§ 19. Der ZEEMAN-Effekt der Erdalkali-Terme .... 82
§ 20. Die verschobenen Terme der Erdalkalispektren . 86
§ 21. Das Modell eines Atoms mit zwei Valenzelektronen 90
§ 22. Normale Multipletts . . . . . . . . . . 99
§ 23. Der ZEEMAN-Effekt normaler Multipletts ..... . 105
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
§ 24. Abzählung der Terme eines Atoms mit mehreren Elektronen III
§ 25. Die PAuLIsche Regel für äquivalente Bahnen. . . . . .. 114
§ 26. Regeln über die Wechselwirkung von Elektronen im Atom. 121
§ 27. Intensitäten von Spektrallinien. Kombinationsregeln 128
Fünftes Kapitel.
Die Spektren der Elemente mit normaler Termordnung.
§ 28. Allgemeine Betrachtungen. . . . . . . . . 133
§ 29. Die Spektren von Wasserstoff und Helium ....... . 134
§ 30. . Die Achterperioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
§ 31. Die Spektren in den einzelnen Spalten der Achterperioden . 139
§ 32. Die Achtzehnerperioden . . . . . . . . . . . . . . 145
§ 33. Die Spektren der Eisen-, Palladium- und Platinreihe 152
§ 34. Die Spektren von Kupfer, Silber und Gold 167
§ 35. Vergleich der großen Perioden. 170
§ 36. Die seltenen Erden. 175
§ 37. Die Röntgenterme 181
Sechstes Kapitel.
Allgemeinere Koppelungsverhältnisse.
§ 3S. Nichtnormale Termordnung. Allgemeines Modell . . . . . . 182
§ 39. Die Bestimmung der Seriengrenzen für die einzelnen Multiplett-
komponenten ...................... 184
§ 40. Beispiele nicht normaler Termordnung. Vollständige Term-
schemata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
§ 41. ZEEMAN-Effekte bei nicht normaler Termordnung . 201
Literatur • . . . . 208
Sachverzeichnis. . . . . . • . . . • . . . . . . . 218
