Кванттық сандар

1. Бас кванттық сан

Электронның энергиясы тек белгілі бір мәндерді ғана қабылдай алады, басқаша айтқанда – ол квантталған. Атомдағы электронның мүмкін болатын энегргетикалық күйлері бас кванттық санның шамасымен анықталады, ол оң бүтін мәндерге тең болады: 1,2,3, ... т.с.с. Электронның ең аз энергиясы кезінде болады; -нің артуымен электронның энергиясы артады. Сондықтан, бас кванттық санның белгілі бір шамасымен сипатталатын электронның күйін атомдағы электронның энергетикалық деңгейі деп атауға келіскен; кезінде электрон бірінші энергетикалық деңгейде, кезінде электрон еінші энергетикалық деңгейде т.с.с. болады.

Сондай-ақ бас кванттық сан электрондық бұлттың өлшемін (размерін) анықтайды. Электрондық бұлттың өлшемін арттыру үшін оның бір бөлігін ядродан көбірек аралыққа алшақтату керек. Бұған электронның ядроға тартылуының электростатикалық күштері бөгет болады, одан асу үшін энергия шығыны қажет. Сондықтан электрондық бұлттың үлкен өлшеміне атомдағы электронның анағұрлым көп энергиясы, демек санының көбірек шамасы сәйкес келеді. Бас кванттық санның бірдей шамаларымен сипатталатын электрондар атомда шамамен өлшемдері бірдей болатын электрондық бұлттарды құрайды; сондықтан атомда бас кванттық санның белгілі бір шамасына сәйкес келетін электрондық қабаттар немесе электрондық қабықшалар бар деп айтуға болады.

-нің әртүрлі мәндеріне сәйкес келетін электронның энергетикалық деңгейлері (яғни, электрондық қабаттары, не қабықшалары) келесідей әріптермен белгілеуге келісілген:

Бас кванттық сан 1 2 3 4 5 6 7 Энергетикалық деңгейдің белгіленуі k l m n o p q

2. Орбитальті кванттық сан. Электронды бұлттардың пішіні

Атомдағы электронның энергиясы (және онымен байланысқан электрондық бұлттың өлшемі) белгілі бір мәндерге ие болатыны бізге белгілі; сондай-ақ электрондық бұлт пішіні де еркін емес, белгілі бір түрді қабылдайды. Ол орбитальдік кванттық санмен анықталады (оны кейде қосымша, не азимутальді кванттық сан деп те атайды). саны 0- ден (n-1)-ге дейін бүтін сан қабылдайды; мұнда бас кванттық сан. -нің әртүрлі мәніне -дің мүмкін болатын мәндерінің әртүрлі саны сәйкес келеді. Мысалы, мәніне сәйкес орбитальді кванттық санның мүмкін болатын тек бір ғана мәні – нөл болады: . мәнінде нөлге және бәрге теі бола алады: , , т.с.с. Сонда бас кванттық санның берілген мәніне орбитальдік кванттық санның әртүрлі мүмкін болатын мәндері сәйкес келеді.

Электрондық бұлттардың пішіні еркін бола алмайтыны кванттық санның физикалық мағынасынан шығады. Дәл осы кванттық сан электронның қозғалыс мөлшерінің орбитальдік моментінің мәнін анықтайды. Бұл шама, энергия сияқты, электронның атомдағы күйінің квантталған физикалық сипаттамасы болып табылады.

Еске түсірейік: айналу центрінің айналасында қайсыбір орбитамен қозғалған бөлшектің қозғалыс мөлшерінің орбитальдік моменті деп көбейтіндісін айтады. Мұнда бөлшектің массасы, оның жылдамдығы, айналу центрінен бөлшекке жүргізілген радиус-вектор (1-сурет). векторлық шама; бағыты және векторлар жатқан жазықтыққа перпендикуляр болады.

Электрондық бұлттың белгілі бір пішініне элекронның қозғалыс мөлшерінің орбитальдік моментінің белгілі бір нақты мәні сәйкес келеді. Ал, моменті орбитальдік кванттық санмен берілген дискретті мәндерді ғана қабылдай алғандықтан, электрондық бұлттардың пішіні еркін бола алмайды: -дің әрбір мүмкін болатын мәніне электрондық бұлттың нақты бір пішіні сәйкес келеді.

Атомдағы электронның энергиясы бас кванттық санға тәуелді екенін біз білеміз. Сутегі атомында электронның энергиясы толығымен шамасымен анықталады. Алайда, көпэлектронды атомдарда электронның энергиясы сонымен қатар орбитальді кванттық санның мәніне де тәуелді болады. Себебін келесіде қарастырамыз. Сондықтан, -дің әртүрлі мәндерімен сипатталатын электронның күйін атомдағы электронның энергетикалық деңгейшелері (подуровни) деп атаған. Бұл деңгейшелер келесідей әріппен белгіленеді: