3.Квантовые числа

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА
Главное квантовое число
Описание энергетического состояния электрона в атоме проводят с
помощью квантовых чисел.
Главное квантовое число n характеризует общую энергию электрона
или его энергетический уровень. Оно определяет размеры атомной орбитали
и может принимать любые целочисленные значения от 1 до .
n = 1, 2, 3, …, .
Квантовое состояние атома с наименьшей энергией Е1 называется
нормальным или основным. Остальные квантовые состояния с более
высокими уровнями энергии Е2, Е3, Е4, … называются возбуждёнными.
(Возбуждение атома происходит при нагревании, поглощении света и т.д.).
Для электронов, находящихся в невозбужденных атомах, главное
квантовое число n может принимать значения от 1 до 7 (соответственно
номеру периода периодической системы, в котором находится элемент).
В нормальном состоянии электрон связан с ядром атома наиболее
прочно; при возбуждении атома связь электрона с ядром ослабевает вплоть
до отрыва электрона от атома при Е = Е.
Энергетические уровни обозначаются или цифрами в соответствии со
значениями главного квантового числа, или буквами:
n
1
2
3
4
5
6
7
Обозначение уровня
K
L
M
N
O
P
Q
Орбитальное квантовое число
Значение орбитального квантового числа l связано со значением
главного квантового числа n: при данном главном квантовом числе n
орбитальное квантовое число l может принимать любые целочисленные
значения в интервале от 0 до (n – 1).
Каждое значение орбитального квантового числа принято обозначать
буквенными символами, широко используемыми в неорганической химии:
l
0
1
2
3
4…
Символы
s
p
d
f
g…
Каждому значению l соответствует определенный энергетический
подуровень. Возможное число подуровней для каждого энергетического
уровня равно номеру этого уровня. Таким образом, для первых четырех
квантовых уровней имеем:
Значения n
1
Значения l
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
Обозначение
подуровней
s
s
p
s
p
d
s
p
d
f
2
3
4
Орбитальное квантовое число l определяет также форму квантовых
орбиталей (электронных облаков).
Магнитное квантовое число
Ориентацию
орбиталей
в
пространстве
определяет
магнитное
квантовое число m. При данном значении орбитального квантового числа l
магнитное квантовое число m
может принимать любые целочисленные
значения от -l до + l, в том числе и нулевое значение, т.е. всего (2l + 1)
значений. Например, для l = 2, число значений m равно 5: -2, -1, 0, +1, +2.
Спиновое квантовое число
Детальное изучение свойств атома водорода показало, что описание
состояния электрона в атоме с помощью трех квантовых чисел n, l и m
является недостаточным. Электрон еще имеет собственные магнитный и
механический моменты, которые объединили общим названием «спин» и
ввели еще одно квантовое число – спиновое, или просто спин s. Упрощенно
спин представляют как вращение электрона вокруг собственной оси. В
соответствии с двумя возможными направлениями «вращения» спин
электрона может иметь два значения: +1/2 и -1/2. Электроны, имеющие
различный
спин,
обозначаются
стрелками,
направленными
в
противоположные стороны: .
В каждой квантовой ячейке (или на одной атомной орбитали)
максимально может быть только два электрона, различающихся своими
спинами.
Четыре квантовых числа n, l
движение электрона в атоме.
m и s
полностью характеризуют