Квантовые числа

Четыре квантовых числа описывают состояние электрона в атоме и характеризуют энергию электрона, форму электронного облака, его ориентацию в пространстве и его спин. При переходе атома из одного состояния в другое происходит перестройка электронного облака, то есть изменяются значения квантовых чисел, что сопровождается поглощением или испусканием атомом квантов энергии.

Главное квантовое число (n) - характеризует энергию электрона на данном энергетическом уровне, используется как номер уровня, определяет размеры атомной орбитали. Главное квантовое число может принимать значения от 1 до ¥ (n = 1, 2, 3, 4... ¥). Иногда уровни обозначают буквами: 1 2 3 4...®...K L M N.., соответственно. Чем меньше n, тем больше энергия взаимодействия электрона с ядром. При n = 1 атом водорода находится в основном состоянии, при n > 1 – в возбужденном .

Орбитальное квантовое число (l) - определяет форму атомной орбитали (АО) и принимает значения от 0 до (n-1), то есть n значений. Каждому значению l соответствует орбиталь определенной формы (табл. 2.1, рис. 2.1.). Орбитальное квантовое число принято обозначать буквенными символами:

Электроны с одинаковым значением l образуют подуровень.

Таблица 2.1

Обозначение орбитального квантового числа и подуровней

Решение уравнения Шредингера показало, что s-орбиталь (l = 0) имеет форму шара, p-орбиталь (l =1) - форму гантели и т. д. (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Формы атомных орбиталей

Таким образом, для электронов первого энергетического уровня
(n = 1) возможна только одна форма орбитали (s) (рис. 2.1), для второго (n = 2) - две (s и p) и т. д. То есть энергетические уровни состоят из одного или нескольких энергетических подуровней. Для n = 1 возможен только один подуровень с l = 0, для n = 2 - два с l = 0 и l =1 и т д.

Состояние электрона в атоме обозначают цифрами и буквами. Например, электрон, у которого n = 1 и l = 0, обозначают 1s. 4p- состояние означает, что электрон находится на четвертом энергетическом уровне (n = 4); форма орбитали соответствует гантели (l = 1) и т.д.

Магнитное квантовое число (m) - характеризует пространственную ориентацию орбитали и принимает следующие значения:

0, ±1, ±2,... ± l.

Для каждого значения l разрешено (2 l + 1) значений m. Все орбитали одного подуровня l обладают одинаковой энергией, но по-разному ориентированы относительно друг друга.

Такие состояния называются вырожденными. Таким образом,
р- состояние трехкратно вырождено, d - пятикратно и т.д. (табл. 2.2).

Изучение атомных спектров показало, что трех квантовых чисел недостаточно для описания свойств электронов.

Дополнительное четвертое квантовое число - спиновое (s) ("spin" - вращение, веретено) - характеризует собственный механический момент движе-

Таблица 2.2

Подуровни и атомные орбитали

l (подуровень)	m (орбиталь)	Число АО с данным значением l	Условное обозначение орбиталей
0 (s)			(s)
1 (p)	+1 0 -1		(p)
2 (d)	+2 +1 0 -1 -2		(d)
3 (f)	3 2 1 0 -1 -2 -3		(f)

ния электрона, которое условно представляют как вращение вокруг собственной оси. Оно может происходить в двух взаимно противоположных направлениях. Поэтому спиновое квантовое число имеет только два значения: +¹/₂ и - ¹/₂. Наличие спина у электрона было подтверждено экспериментально. Электроны с разными спинами обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз .

Поиск по сайту: