Квантовые числа

n – главное квантовое число. n принимает любые положительные целочисленные значения , обозначает номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов и среднее расстояние электронов от ядра, то есть определяет размеры электронных облаков. Значение уровень с самой низкой энергией.

Иногда энергетические уровни обозначаются буквами:

Число заполняемых электронами энергетических уровней в атоме численно равно номеру периода, в котором находится элемент: .

У атомов элементов первого периода таблицы Менделеева может заполняться электронами один энергетический уровень; второго периода – два; третьего периода – три; и т. д.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера, то есть , – число е.

Если , то на первом уровне может находиться не более двух электронов и т.д.

ℓ - орбитальное квантовое число, определяет форму электронного облака. Введено немецким физиком Арнольдом Зоммельфельдом в 1915 году. Не только энергия электрона в атоме может принимать лишь определённые значения . Каждой форме электронного облака соответствует определённое значение механического орбитального момента количества движения е. Орбитальный момент квантуется и связан с .

Состояние электрона, характеризующегося различными значениями орбитального квантового числа , принято называть энергетическими подуровнями в атоме. При данном значении главного квантового числа , наименьшей энергией обладают , затем – , , .

– ближайший к ядру подуровень, состоит из , обладающей сферической симметрией, то есть имеющей форму шара.

m – магнитное квантовое число, проявляется только тогда, когда на атом действует внешнее магнитное поле, характеризует ориентацию электронного облака в пространстве,

Если направление оси и вектора совпадают, то – положительное, если имеют противоположное направление, то – отрицательное. Атом будет иметь наименьшую энергию, если , и энергия будет возрастать при увеличении угла , и достигать своего максимума при .Угол может иметь строго определённые квантовые значения ; . Квантовые значения .

Каждому направлению вектора заданной длины ( ) соответствует определённое значение его проекции. =

s – спиновое квантовое число – в 1925 г. Юленбек и Гаудсмит вывели гипотезу, согласно которой электрон не только движется по орбитам вокруг ядра, но и вращается вокруг собственной оси, подобно волчку. Это вращение получило название ''спин'' (от английского слова spin – веретено; то есть электрон имеет свой собственный момент количества движения электрона). Этому вращению соответствует магнитный момент , где – спиновое квантовое число. , где . Электрон – элементарная частица, обладающая собственным моментом количества движения. Спины электронов часто обозначаются стрелками, направленными в противоположные стороны .

3)Принципы заполнения орбиталей

Группа орбиталей, имеющих одинаковое значение орбитального квантового числа, образует энергетический подуровень. Совокупность всех орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа, т.е. орбиталей с близкими значениями энергий, образует энергетический уровень.

1925-принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел, т. е. на любой атомной орбитали с заданными значениями может находиться не более двух электронов с противоположными спинами.

Следствия из принципа Паули:

1. Количество орбиталей на подуровне определяется по формуле 2l+1

2. Количество электронов на подуровне (2l+1)*2

3. Максимальное число электронов на уровне

Правило Кличковского: общий запас энергии уровней и подуровней равен сумме ( ),если для подуровней разных уровней сумма ( ) оказывается одинаковой, то сначала идёт заполнение подуровней с меньшим и большим , а затем с большим и меньшим , так как энергия электрона в атоме в большей степени зависит от .

Пример: , , , , и так далее, а у перескакивают в даже два электрона.

“ Проскок” (более энергетически выгодное положение)

связан с повышенной энергетической устойчивостью

электронных структур, отвечающих полностью занятым энергетическим подуровням.

В основу графического построения электронных формул кладут орбиталь, которая символизирует энергетическую ячейку – её условно изображают в виде квадрата (или прямоугольника), а электроны в виде стрелок, направленных соответственно спину.

Правило Хунда (1896 г): максимальное значение суммарного спина атома соответствует устойчивому состоянию, в котором атом обладает наименьшей возможной энергией. Следовательно, электроны в данном подуровне стремятся занять разные орбитали, так как при этом уменьшаются силы взаимного отталкивания их, как одноимённо заряженных частиц (то есть состоянию с минимальной энергией соответствует максимальное число орбиталей).