24. Принцип Паули и заполнение атомных состояний электронами. Атомные оболочки и подоболочки. Электронная конфигурация. Объяснение периодических свойств и строения системы элементов д.Менделеева

Электроны в атомах могут находится в различных состояниях, которым соответствуют равные наборы четверки квантовых чисел n, l, или n, l, j, .

По мере увеличения порядкового номера Z атома происходит последовательное строго определенное заполнение электронных уровней атома. Объяснение такого порядка заполнения уровней нашел Паули. Принцип Паули: в любом состоянии может находится не более одного электрона. Поэтому каждый следующий невозбужденного атома должен занимать самый глубокий из еще незаполненных уровней. В атоме не может быть электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

Совокупность электронов атома с одинаковыми значениями квантового числа n, образуют так называемую оболочку. В соответствии со значением n оболочку называют латинскими буквами: 1- K, 2-L, 3-M, 4-N, 5-O, 6-P и т.д.

Оболочки подразделяют на подоболочки, отличающиеся квантовым числом l. Число состояний в подоболочке равно 2(2l+1).

Понимание периодической системы элементов основано на идее об оболочечной структуре электронного облака атома.

Каждый следующий атом получается из предыдущего добавлением заряда ядра на единицу и добавлением одного электрона, который помещают в разрешенное принципом Паули состояние с наименьшей энергией.

Оболочку полностью заполненную электронами называют замкнутой. Все три квантовых числа (L, S, J) у замкнутых оболочек (и подоболочек) равны нулю.

25. Магнитные свойства атомов. Орбитальный, механический и магнитный моменты электрона. Магнетон Бора.

В се вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются.

Для качественного рассмотрения магнитных явлений с достаточным приближением можно считать, что электрон движется в атоме по круговым орбитам. Электрон по одной из таких орбит, эквивалентен круговому току, поэтому он обладает орбитальным магнитным моментом , модуль которого (1), где - сила тока, - частота вращения электрона по орбите, S – площадь орбиты. Если электрон движется по часовой стрелке, то ток направлен против часовой стрелки и вектор направлен перпендикулярно плоскости орбиты электрона, как указано на рисунке. С другой стороны движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса , модуль которого согласно (2), где , .

Вектор называется орбитальным механическим моментом электрона. Из рисунка следует что направление и противоположны, поэтому, учитывая выражение 1 и 2 получим: (3), где величина (4) называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов. Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаковы для любой орбиты, хотя 4 выведена и для круговой орбиты, но она справедлива и для эллиптических орбит. Проекция собственного магнитного момента на направление вектора В может принимать только одно из следующих двух значений6 , где h- Постоянная планка , - магнетрон Бора, является единицей магнитного момента электрона.

В теории Бора, когда с позиции классической теории рассматривается круговое движение электрона по орбите радиуса со скоростью , величина орбитального механического момента равна . Если время полного оборота электрона T, то такому движению соответствует замкнутый ток , который можно охарактеризовать величиной магнитного момента .

Связь механического и магнитного моментов при этом определяется гиромагнитным отношением . Так как заряд электрона отрицателен, то для орбитального движения направление вектора магнитного момента противоположно направлению вектора механического момента импульса (рис.).