Квантовые числа

Решение уравнения Шредингера для атома водорода позволяет найти волновые функции . При этом выяснено, что для полного определения каждого решения необходимы три целых числа. Эти числа называют КВАНТОВЫМИ и обозначают латинскими буквами n, l и .

            Квантовое число n наиболее важно и поэтому называется ГЛАВНЫМ квантовым числом. Оно может принимать значения любых целых чисел (1, 2, 3, 4…) и определяет энергию электрона, а также размеры орбитали. При n=1 электрону соответствует самое низкое энергетическое состояние.

            Орбитали с одинаковым n составляют в атоме определенный СЛОЙ (или ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ). Для обозначения слоев часто употребляют прописные буквы латинского алфавита K, L, M, N, O, P, Q. Первый слой (n=1) называют K – слоем, второй (n=2)  — L – слоем и т.д.

            Здесь уточним, что если речь идет о размерах электронных орбиталей, то орбитали с данным n будем относить к n – слою; если речь идет об энергии, то все орбитали с данным n в атоме будем относить к n – энергетическому уровню. Таким образом, энергетический уровень в атоме соответствует его электронному слою.

            Второе квантовое число называется ПОБОЧНЫМ  (орбитальным) и обозначается буквой l. Оно определяет пространственную форму орбитали. Допустимые значения l ограничены значением главного квантового числа. l может принимать значения от нуля до n-1: l=0,1,2…n-1.

            Различные значения числа l принято обозначать латинскими буквами s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3) и g (l=4).

            Область данного электронного слоя, включающая в себя орбитали определенной формы (т.е. орбитали с данным l), называют ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКОЙ  или ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ПОДУРОВНЕМ данного слоя.

            Оболочки обозначаются такими же буквами, какими обозначаются значения квантового числа l орбиталей, из которых оболочки состоят. Так, оболочка, содержащая s-орбиталь, называется s – оболочкой и т.д.

            Третье квантовое число, обозначается , называется МАГНИТНЫМ квантовым числом. Оно описывает ориентацию орбитали в пространстве и зависит от побочного квантового числа.  может принимать значения от – l, проходя через нуль, до +l:

.

            Число орбиталей с данным значением  l равно (2l+1).

            Трех квантовых чисел, введенных при решении уравнения Шредингера, оказалось недостаточно для полного описания состояния электрона в атоме. Это, в частности, следовало из спектральных данных. В 1925 году американские физики С.Гаудсмит и Д.Уленбек для интерпретации атомных спектров приписали электрону наличие особого свойства, которое они назвали СПИНОМ (spin – вращение, анг.). Это свойство электрона не имеет аналогий в мире наблюдаемых макротел и не может быть описано наглядно и строго. Спин электрона проявляется в том, что электрон ведет себя так, будто обладает моментом импульса за счет веретенообразного вращения вокруг «собственной оси». Для характеристики спина было введено СПИНОВОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО  электрона , принимающее значения +1/2 или –1/2 в зависимости от одной из двух возможных ориентаций спина электрона в магнитном поле.

            Итак, мы выяснили, что квантовая механика с привлечением понятия о спине электрона позволяет точно описать все возможные состояния электрона в атоме водорода. Они описываются четырьмя квантовыми числами: n, l,  и . Три из них () определяют орбиталь, четвертое  — свойство электрона обладать спином.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector