13. Квантовые числа и их физический смысл.

Как следует из решения уравнения Шредингера для атома водорода, квантовое состояние электрона в этом атоме (можно сказать и квантовое состояние атома) полностью определяется заданием трех квантовых чисел. "Задайте значения квантовых чисел, и я полностью опишу свойства атома" - так может современный физик перефразировать известное изречение Архимеда.

Каждое из квантовых чисел принимает только целочисленные значения и определяет, то есть предсказывает результаты измерения основных физических величин в заданном квантовом состоянии атома.

1. Главное квантовое число . Это квантовое число принимает значения

и определяет полную энергию электрона в любом квантовом состоянии

Можно отметить, что эти значения энергии являются собственными значениями гамильтониана (5.17a). Поэтому в связанном состоянии электрон в атоме водорода имеет дискретный энергетический спектр, лежащий в области отрицательных значений и имеющий точку сгущения .

2. Орбитальное (азимутальное) квантовое число . В квантовых состояниях с заданным значением главного квантового числа азимутальное квантовое число может иметь следующие значения:

.

14. Правила заполнения электронных орбиталей. Принципы Паули и Гунда

Если представить размещение электронов по слоям, то становится понятным, что в первом слое поместится меньше электронов чем в других слоях. Когда мы пытаемся представить размещение электронов, в атоме, то нужно еще учитывать, что электроны взаимно отталкиваются, и не могут находиться сколь угодно близко один от другого. Атом устроен таким образом, что в первом электронном слое могут расположиться только 2 электрона, во втором – 8 электронов, а в третьем – 18 электронов, на четвертом – 32.

Если присмотреться к электронным слоям, то можно обнаружить одну весьма любопытную закономерность. Первый электронный слой включает только один подуровень, тогда как второй состоит из двух. На третьем электронном слое три подуровня, а на четвертом – четыре. Эту закономерность очень легко запомнить. Каждый подуровень получил свое условное буквенное обозначение. Подуровень, который входит в состав всех уровней (обозначен самой тонкой полоской) получил обозначение s. Уровень, к которому относится электронный подуровень обозначается цифрой. 1s—это s-подуровень, относящийся к первому электронному уровню, 2s—это s-подуровень, относящийся ко второму электронному уровню и так далее . Подуровень, который впервые появляется на втором электронном уровне получил обозначение p. Принадлежность p-подуровня к электронному уровню также обозначается с помощью цифры. 2p—это p-подуровень, относящийся к второму электронному уровню. Начиная с третьего уровня появляется подуровень d, а начиная с четвертого—f. Толщиной линии каждого из подуровней условно обозначена их емкость. Максимальное число электронов, которые одновременно могут находиться на одном s-подуровне равно 2. На p-подуровне может находиться не более 6 электронов, на d-подуровне—не более 10 электронов, а на f-подуровне не более 18-ти.