4. Состояния электрона в атоме

Хотя энергия электрона (3) и зависит только от главного квантового числа п, но каждому собственному значению Е_n (кроме Е₁) соответствует несколько собственных функций  , отличающихся значениями l и m_l.. Так , при данном п орбитальное квантовое число l может изменяться от 0 до (п–1) , а каждому значению l соответствует (2l+1) различных значений m_l .

Следовательно, атом водорода может иметь одно и то же значение энергии, находясь в нескольких различных состояниях

Состояния с одинаковой энергией называются вырожденными. Общее число различных состояний с одинаковой энергией называется кратностью вырождения соответствующего энергетического уровня.

Кратность вырождения уровней водорода легко вычислить по формуле

Состояния электрона с различными значениями орбитального квантового числа l принято условно обозначать следующим образом: l = 0 → s состояние;

l = 1 → p состояние;

l = 2 → d состояние;;

l = 3 → f состояние;;

Условное обозначение состояния электрона начинается со значения главного квантового числа п, далее буква, соответствующая значению l .

1 s,

2 s, 2 p,

3 s, 3 p, 3 d,

4 s, 4 p, 4 d, 4 f,

Согласно квантовой механике, каждому энергетическому состоянию соответствует волновая функция  , квадрат модуля которой определяет вероятность обнаружения электрона в единице объема.

Вероятность обнаружения электрона в различных частях атома различна. Электрон при своем движении как бы «размазан» по всему объему, образуя электронное облако. Поэтому понятие боровской орбиты радиуса r представляется как состояние электронного облака, имеющего максимальную плотность (густоту) на этих расстояниях r.

Квантовые числа п и l характеризуют размер и форму электронного облака, а квантовое число m_l характеризует ориентацию электронного облака в пространстве.

5.Спектр

Схему расположения уровней в атоме водорода можно представить, как показано на рис.

В квантовой механике правило отбора для орбитального квантового числа разрешает переходы только на соседние уровни

На рис. показаны переходы, разрешённые этим правилом. При каждом переходе излучается или поглощается квант энергии hν. Используя условные обозначения состояний электронов, переходы для серии Лаймана можно представить в виде:

Для серии Бальмера 

§ 5 Рентгеновское излучение

Большую роль в выяснении строения атома, а именно распределения электронов по оболочкам, сыграло рентгеновское излучение.

Возникает при соударении электронов, ускоренных высоким напряжением, с металлической мишенью из тяжелых Ме (Pt) внутри рентгеновской трубки.

Рентгеновское излучение – это электромагнитные волны с длиной волны от 10^-12 до 10^-8 м.

Спектр содержит 2 компоненты: сплошной спектр (зависит от энергии бомбардирующих электронов) и линейчатый спектр (отдельные max, характеризующие материал анода).

Сплошной спектр, ограничен границей сплошного спектра _min,со стороны коротких длин волн. Линейчатый спектр это совокупность отдельных линий, появляющихся на фоне сплошного спектра.

С плошной спектр называется тормозным (т.к. он появляется в результате торможения быстрого электрона при взаимодействии с атомами мишени).

Линейчатый спектр называется характеристическим.

Частота характеристического спектра определяется законом Мозли

Где: - const экранирования;

z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева.

Закон Мозли позволяет по измеренной длине волны рентгеновских линий точно устанавливать атомный номер данного элемента.