29 Энергетические уровни электрона в атоме . Главное квантовое число. Размер орбитали.

Главное квантовое число (n) может принимать любые целочисленные положительные значения:

n = 1, 2, 3, …,  Орбитальное квантовое число (l) может принимать любые целочисленные значения от нуля до n – 1: l = 0, 1, 2, … , (n – 1). Магнитное квантовое число (m) может принимать любые целочисленные значения от – l до + l, включая ноль: m = – l, … , –1, 0, +1,… ,+ l.

Рассмотрев последовательно возможные наборы квантовых чисел, выясним, в каких состояниях может находиться электрон в атоме (то есть, какие АО возможны). Пусть главное квантовое число n = 1, тогда орбитальное квантовое число l = 0 и магнитное квантовое число m = 0, и только нулю. Таким образом, при n = 1 возможна только одна АО.

Рядом с квантовыми ячейками обязательно обозначают символы орбиталей. В результате получается так называемая энергетическая диаграмма атома. Энергетическая диаграмма может отражать электронное строение реального атома, тогда на ней показывают положения электронов (как это делается мы подробно разберем в параграфе 6.5). Но можно составить энергетическую диаграмму так, чтобы показать последовательность энергий еще не занятых электронами орбиталей – для произвольного многоэлектронного атома такая диаграмма приведена на рис. 6.4.

В случае атома водорода, у которого – только один электрон, картина сильно упрощается. Как видно из энергетической диаграммы (рис. 6.5), у атома водорода энергия орбитали зависит только от главного квантового числа n.

От магнитного квантового числа m энергия орбитали не зависит, на энергетической диаграмме орбитали с одинаковыми n и l, но с разным магнитным квантовым числом m, имеющие одинаковую энергию, группируются вместе, образуя электронный подуровень (ЭПУ) (см. рис. 6.4).

Число орбиталей на любом ЭПУ равно числу возможных значений m (см. табл. 13). Так, 2p-, 3p-, 4p- и других орбиталей p-подуровней – по три, а 3d-, 4d-, 5d- и других d-орбиталей – по пять. В общем случае число орбиталей на любом подуровне равно 2l + 1.

Поскольку все орбитали подуровня имеют одинаковый символ, тем же символом обозначают и сам подуровень. Так, 1s-подуровень (1s-ЭПУ) образован одной 1s-АО, а 4f-ЭПУ – семью 4f-АО.

 

На энергетической диаграмме условно принято располагать орбитали по возрастанию магнитного квантового числа, например, для 3d-ЭПУ

					3d
–2	–1	0	+1	+2

   левая квантовая ячейка символизирует орбиталь с m = –2, следующая – с m = –1 и далее до m = 2.

 

Подуровни с одинаковым значением главного квантового числа объединяют в электронные уровни (ЭУ).

Электронный уровень – совокупность орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа.

Так, 2s- и 2р-подуровни образуют второй электронный уровень; 3s-, 3p- и 3d-подуровни образуют третий электронный уровень.

Электронный подуровень – совокупность орбиталей одного уровня с одинаковыми значениями орбитального квантового числа.

Размер орбитали .

Электронное облако часто изображают в виде граничной поверхности . при этом область пространства вокруг ядра, в которой наиболее вероятна пребывание электрона называют орбиталью. Форму и размеры граничной поверхности можно считать формой и размером орбитали.