3.5 Кванттық сандар.

Атомның ішінде қозғалыстағы электронның күйін сипаттау үшін кванттық сандар қолданылады. Олардың саны төртеу. Атомдағы электронның энергиясын бас кванттық сан n арқылы сипаттайды, n=1,2,3,... бүтін сандарға тең болады да, электрон энергиясы үшін дискреттік мәндер береді (Е₁,Е₂,Е₃,...). Екінші сан – орбиталық кванттық сан l (кейде оны азимуталдық дейді), l=0, ден бастап n-1-ге дейінгі мәндерге ие бола алады. Мысалы, n=3 болса, l=0, немесе l=1 немесе l=2 бола алады. Келісім бойынша электрон күйін көрсету үшін бас кванттық санды цифрмен белгілейді де, ал орбиталық кванттық санды әріппен белгілейді. Мысалы, l=0 болғанда оны s әрпімен, l=0 болғанда р, l=2 болғанда d, l=3 болғанда f , әрі қарай латын алфавитінің әріптерімен жалғаса береді. Сонда n=3, ал l=0 болса, оны келесі түрде жазады -3s,ал n=2, l=1 болса, оны 2р деп белгілейді.

Сонымен қатар атомдағы электрон күйін сипаттау үшін алдыңғы екі сан – n және l жеткіліксіз. Электронның орбиталық моментімен байланысты туатын орбиталық магниттік m_l-ді қарастыру қажет. Алдында айтып кеткендей, кваннтық механикада импульс моментінің квантталуы Бор теориясындағыдай емес, өзгеше, импульс моментінің кеңістік квантталуын қарастырады. Егер атом сыртқы магнит өрісінде орналасса, электрон қабаттары сол магнит өрісіне байланысты белгілі бір бағытта бағдарланады.3.6-суретте, а) l=1 (р, күй), m_l үш мәнге, б) l=2 (d-күй), m_l бес мәнге ие бола алады. Бұл жағдайда орбиталық импульс моменттің сыртқы магнит өрісінің бағытына проекциясы белгілі бір нақты кванттық мәнге ие бола алады, яғни кеңістіктік квантталады: L_z=m_l , m_l=0, яғни l_z белгілі бір магниттік кванттық m_l санымен анықталады. m_l мәні – 1-ден +1-ге дейінгі бүтін сандық мәндерге ие бола алады. Мысалы, 1=1 болса, m_l -1 немесе m_l=0, немесе m_l=+1 бола алады.

Белірген бас кванттық сан n-ге тең болғанда атомдағы электрон қанша мүмкіндік күйде бола алады? Берілген n үшін l=0-ден n-1 мәндерге ие бола алса, ал берілген l үшін m_l, яғни магниттік кванттық сан (2l+1) мәнге ие болатын болса, , барлығы электрон n₂ күйде бола алады (4-ші кванттық сан – спинді есептемегенде. Спин туралы алда тоқталамыз.)

Алдағы өткен тақырыптарда біз классикалық, мысалы,орбита, троектория туралы түсініктер кванттық механикада болмайды дедік және Гейзенбергтің анықталмағандық қатынасынан электронның қозғалысын, кеңістіктегі орнын дәл анықтауға болмайтындығын білдік. Электронның күйін сипаттау үшін толқындық Ψ-функция модулінің квадраты берілген электрон қарастырып отырған атом көлемінің бір кішкене dv бөлігінде табылуының ықтималдылығы туралы айтуға болады. Егер біз электронның ықтимал күйін қоюырақ бұлтпен көрсетсек, онда центрдегі ядроны қоршаған электрондық бұлтты аламыз. әр түрлі күйде электрон бұлтының да қоюлығын әр түрлі етіп көрсетсек, бұлт формасы орбиталық кванттық сан 1-ге байланысты болады. Мысалы n=2 болғанда 1=0 болған кұінде электрон бұлтының формасы сфера түрінде 3.7 б-сурет, ал 1=1 болғанда, сегіздіктің айналунан пайда болатын дене тәріздес (3.7 в, г-суреттер), екіге, үшке және одан да көп сандарға тең болса электрон бұлты күрделі формалы болып келеді (3.7, 3.8 а,б-суреттер).