31.Магнитное квантовое число и пространственная ориентация орбиталей. Спиновое квантовое число.

Число значений магнитного квантового числа зависит от орбитального квантового числа и равно 2 l+1/

s-состоянию отвечает 1 орбиталь, p- отвечает 3, d- 5 f- 7. Орбитали с одинаковой энергией называются вырожденными.Таким образом p- состояние вырождено трехкратно, d- пятикратно… Общее число орбиталей данного энергетического уровня равно n2.

По характеру ориентации в пространстве p- орбитали обозн. Px Py Pz. D-орбитали ориентированные своими лопостями по осям координат, обозначают Dx2-y2 и Dz2 , а d- орбитали, ориентированные лопастями между осями координат обозначают Dxy Dyz Dxz.

Спиновое квантовое число. Их формы и характер расположения относительно друг друга электроны различаются спином( веретенообразное вращение электрона вокруг своей оси).Спиновое квантовое число Ms имеет значения +1/2 -1 /2 в зависимости от одной из двух возможных ориентаций спина в магнитном поле.

32. Принцип Паули. Емкость орбиталей, энергетических подуровней и уровней.

При заполнении электронных слоев кроме принципа наименьшей энергии выполняется принцип (запрет) Паули, согласно которому

"В атоме не может быть 2-х электронов с одинаковым значением всех квантовых чисел".

Из этого следует, что на каждой орбитали, характеризующейся определенными значениями главного (n), орбитального (l) и магнитного (ms) квантовых чисел, может находиться не более 2-х электронов, спины которых имеют противоположные знаки.

2 электрона, находящиеся на одной орбитали (и характеризующиеся противоположно направленными спинами), называются спаренными. Спины одного направления называют параллельными, а противоположно направленные - антипараллельными.

Принцип Паули позволяет рассчитать максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне и подуровне в атоме. Максимальное число электронов на подуровне с орбитальным квантовым числом (l) равно 2(2l + 1). При l = 0 (s-подуровень) магнитное квантовое число тоже равно нулю.

Следовательно, на s-подуровне имеется всего 1 орбиталь, и максимальное число электронов на s-подуровне каждого электронного слоя равно 2. При l = 1 (p-подуровень) магнитное квантовое число (ms) может принимать 3 значения. На 3-х p-орбиталях может находиться не более 6 электронов. При l = 2 (d-подуровень) магнитное квантовое число может принимать 5 значений и, следовательно, на 5 d-орбиталях может находиться до 10 электронов.

Если на одной s-орбитали может находиться не более 2, на 3-х p-орбиталях - не более 6, на 5 d-орбиталях - не более 10, на 7 f-орбиталях - не более 14 электронов.

Строение каждого электронного слоя зависит от значения главного квантового числа. Так K-слой (n = 1) состоит лишь из 1-й s-орбитали; L-слой (n = 2) содержит 1 2s-орбиталь и 3 2p-орбитали; M-слой (n = 3) состоит из 1-й 3s-орбитали, 3-х 3p-орбиталей и 5 3d-орбиталей и т. д. Электронная емкость слоя, определяемая максимальным количеством электронов N в данном электронном слое, описывается формулой:

N = 2n²,

где n - главное квантовое число. Рассчитанное по этой формуле максимальное количество электронов в каждом слое оказывается равным: для K-слоя - 2, для L-слоя - 8, для M-слоя - 18, для N-слоя - 32 электронам.

Таблица 1.1 Квантовые состояния электронов, емкость энергетических уровней и подуровней

Квантовое состояние электронов, емкость энергетических уровней и подуровней.
Электронная оболочка	Энергетический уровень l	Энергетический подуровень	Возможные значения ml	Число орбиталей	Максимальное число электронов
значение l	тип	на подуровне (2l+1)	на уровне n2	на подуровне (2l+1) 2	на уровне 2n2
K L M N	1 2 3 4	0 0 1 0 1 2 0 1 2 3	s s p s p d s p d f	0 0 -1; 0; +1 0 -1; 0; +1 -2; -1; 0; +1; +2 0 -1; 0; +1 -2; -1; 0; +1; +2 -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3	1 1 3 1 3 5 1 3 5 7	1 4 9 16	2 2 6 2 6 10 2 6 10 14	2 8 18 32

 

Совокупность состояний электрона в атоме с одним и тем же значением n называют энергетическим уровнем. Число уровней, на которых находятся электроны в основном состоянии атома, совпадает с номером периода, в котором располагается элемент. Номера этих уровней обозначают цифрами: 1, 2, 3,... (реже - буквами K, L, M, ...).

Энергетический подуровень - совокупность энергетических состояний электрона в атоме, характеризующихся одними и теми же значениями квантовых чисел n и l. Подуровни обозначают буквами: s, p, d, f... Первый энергетический уровень имеет один подуровень, второй - два подуровня, третий - три подуровня и так далее.

Если на схеме орбитали обозначить в виде ячеек (квадратных рамок), а электроны - в виде стрелок (↑ или ↓), то можно увидеть, что главное квантовые число характеризуют энергетический уровень (ЭУ), совокупность главного и орбитального квантовых чисел - энергетический подуровень (ЭПУ), совокупность главного, орбитального и магнитного квантовых чисел - атомную орбиталь, а все четыре квантовые числа - электрон.

 Каждой орбитали отвечает определенная энергия. Обозначение орбитали включает номер энергетического уровня и букву, отвечающую соответствующему подуровню: 1s, 3p, 4d и т.п. Для каждого энергетического уровня, начиная со второго, возможно существование трех равных по энергии p-орбиталей, расположенных в трех взаимно перпендикулярных направлениях. На каждом энергетическом уровне, начиная с третьего, имеется пять d-орбиталей, имеющих более сложную четырехлепестковую форму. Начиная с четвертого энергетического уровня, появляются еще более сложные по форме f-орбитали; на каждом уровне их семь. Атомную орбиталь с распределенным по ней зарядом электрона нередко называют электронным облаком.

Каждый подуровень содержит 2l+1 орбитали, на которых размещаются не более 2 электронов. Отсюда следует что емкость s- орбиталей-2, p- орбиталей – 6,d- 10, f- 14 электронов.