Квантовые числа

1. Главное квантовое число характеризует:

- число энергетических уровней в атоме;

- энергию электрона на данном энергетическом уровне;

- размер атома.

В общем случае принимает значения от до . В невозбуждённых атомах, т.е. таких, состояние которых соответствует их расположению в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, изменяется от до в соответствии с числом периодов в периодической системе. Чем меньше , тем больше энергия взаимодействия электрона с ядром. Например, при атом водорода находится в основном состоянии, при – в возбуждённом.

Модель 2.2

В многоэлектронных атомах электроны с одинаковыми значениями образуют слой или уровень обозначаемый буквами и . Буква соответствует первому уровню, – второму и т.д.

2. Орбитальное или побочное квантовое число характеризует:

– Энергию электрона на энергетическом подуровне.

На уровне может находиться много электронов (максимально ), но не все они обладают одинаковой энергией. В результате взаимного отталкивания электронов происходит расщепление энергетического уровня на подуровни (рисунок ).

Рисунок 2.3 Расщепление энергетического уровня на подуровни

Те электроны, которые принадлежат одному и тому же подуровню, т.е. электроны с одинаковыми значениями , обладают одинаковой энергией. Такое состояние называют вырожденным по энергии.

принимает значения от до , но это правило справедливо для невозбуждённых атомов для . Кроме числовых значений, имеет и буквенные обозначения:

Так, при

,

т.е. число энергетических подуровней в пределах данного энергетического уровня;

- Форму атомных орбиталей (рисунок ).

3. Магнитное квантовое число определяет:

- ориентацию атомных орбиталей в пространстве;

- число атомных орбиталей на энергетическом подуровне.

принимает целые значения от через до , т.е. значений. Например, рассмотрим подуровень, для него – всего значения. Следовательно, число означает, что на данном энергетическом подуровне находится три атомных орбитали, различным образом ориентированных в пространстве (рисунок ).

Вышеизложенное можно представить в виде таблицы .

Таблица 2.1 - Число орбиталей на энергетических подуровнях

Рисунок 2.4. Конфигурации атомных орбиталей и ориентация их в пространстве

орбитали сферически симметричны для любого n и отличаются друг от друга только размерами сферы.

орбитали существуют при , поэтому возможны три варианта ориентации в пространстве: Все орбитали обладают узловой плоскостью, делящей орбиталь на две области, поэтому граничные поверхности имеют форму гантелей, ориентированных в пространстве под углом друг относительно друга. Осями симметрии для них являются координатные оси, которые обозначаются .

орбитали определяются квантовым числом , при котором то есть характеризуются пятью вариантами ориентации в пространстве. орбитали, ориентированные по осям координат, обозначаются и , а ориентированные по биссектрисам координатных углов -

Семь орбиталей, соответствующих , имеют ещё более сложную конфигурацию и на рисунке не показаны.

4. Спиновое квантовое число (от английского – вращение) упрощено можно представить как описывающее вращение электрона вокруг собственной оси по часовой стрелке и против, поэтому оно имеет только два значения представляющие собой две проекции углового момента электрона на выделенную ось.

Для изображения атомной орбитали и электронов часто используют «квадратики» и «стрелки», направленные вверх или вниз. Два электрона с одинаковыми значениями квантовых чисел , но с противоположно направленными спинами, называются спаренными или неподелённой электронной парой и обозначаются, неспаренные электроны – или.

Итак, четыре квантовые числа описывают состояние электрона в атоме и характеризуют энергию электрона, его спин, форму электронного облака и его ориентацию в пространстве. 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.

Дата добавления: 2015-08-05