Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Квантовые числа

Орбитальное строение электронных слоев

8. Квантово-механические расчеты показали, что внутри каждого электронного слоя разные энергетические подуровни обладают различной энергией. При этом, разница в энергиях разных подуровней одного слоя существенно меньше, чем разница в энергиях электронов, находящихся в разных электронных слоях:

E_1s << E_2s < (E_2px = E_2py = E_2pz) << E_3s и т.д., где Е – энергия; цифра в обозначении орбитали показывает номер электронного слоя (соответственно, размер орбитали), x,y,z – направление декартовых координат, вдоль которых располагаются p-орбитали.

Квантовые числа

Квантовыми числами называются корни квантово-механических уравнений, описывающих движение электрона в атоме для состояний с минимальной энергией. Следствие этих расчетов: вся совокупность сложных движений электрона в атоме описывается пятью квантовыми числами.

Главное квантовое число (n) принимает целые значения, начиная с единицы (n=1,2,3,4…). Физический смысл – показывает № электронного слоя, в котором находится электрон. Чем ближе электрон к ядру, тем больше притяжение между ним и ядром, и меньше его энергия. Поэтому главное квантовое число определяет общую энергию электрона, а электронный слой еще называют энергетическим уровнем.

Побочное (орбитальное) квантовое число (ℓ) отражает энергетическое различие электронов одного энергетического уровня, находящихся на разных подуровнях. Побочное квантовое число зависит от главного и может принимать следующие значения: 0,1,2,3,…,n-1 (то есть, n различных значений). Физический смысл этого числа заключается в том, что оно показывает форму атомной орбитали. Между ℓ и буквенными обозначениями формы орбитали существует следующее соответствие:

0 1 2 3

s p d f

Магнитное орбитальное квантовое число (m_ℓ), в свою очередь, зависит от числа ℓ и принимает значения -ℓ,…,0,…,+ℓ, итого (2ℓ + 1) значений. Оно показывает количество орбиталей, составляющих энергетический подуровень с данным ℓ. В таблице 1 вы можете заметить, что для ℓ = 0 (для s-орбитали) существует только одна орбиталь в подуровне. Для p-орбитали (ℓ = 1) должно существовать три разных значения m_ℓ. И действительно, p-подуровень состоит из трех орбиталей, отличающихся направлением в пространстве. Орбитали одного подуровня имеют одинаковую энергию. Их называют вырожденными. Вырождение снимается, если к атому приложить магнитное поле. Поэтому данное квантовое число и называется магнитным.

Спиновое квантовое число (s) имеет одинаковое значение для всех электронов (s = ½). Поэтому его иногда не учитывают при описании состояния электрона при помощи квантовых чисел. Спин – это свойство электрона совершать движения, не имеющие классических аналогов. Упрощенно его представляют как вращение вокруг собственной оси.

Магнитное спиновое число (m_s) показывает проекцию спина на направление движения электрона и может принимать два значения: +1/2 и -1/2.