3. Пространственное распределение плотности

вероятности для электрона атома водорода

Основные особенности квантовой модели атома водорода можно выяснить, сравнивая его характеристики, определяемые набором 4 – х квантовых чисел: n, , и m_s, с пространственным распределением вероятности обнаружить электрон вблизи ядра, с помощью волновой функции.

Электроны в атоме, занимающие совокупность состояний с одинаковыми значениями главного квантового числа n, образуют электронный слой: при n=1 К  слой; при n = 2 L  слой; при n = 3 М  слой; при n = 4 N  слой;

при n = 5 О  слой и т. д.

В каждом электронном слое атома все электроны распределены по оболочкам. Оболочка соответствует определенному значению орбитального квантового числа. При заданном орбитальном квантовом числе магнитное квантовое число m принимает 2+1 значений, а m_s  два значения.

Так как число возможных состояний в электронной оболочке с заданным равно 2(2+1), то оболочка = 0 (s  оболочка) заполнена двумя электронами; оболочка = 1 (р  оболочка)  шестью электронами; оболочка = 2 (d оболочка)  десятью электронами; оболочка = 3 (f  оболочка)  четырнадцатью электронами.

Все волновые функции, соответствующие s  состояниям – сферически симметричны. Это означает, что вероятность обнаружить электрон на некотором расстоянии вблизи ядра зависит только от этого расстояния.

Атом водорода в нормальном состоянии можно представить в виде положительного ядра, локализованного в центре атома, окруженного сферически распределенным отрицательным зарядом, т. е. электрон «размазан» внутри некоторой сферы радиуса r  5,310^11 м. Пространственное распределение вероятности встретить электрон вблизи ядра в каждом из p , d , f  и т. д. состояний не является сферически симметричным. В связи с этим форма электронного облака для этих состояний более сложная.

До сих пор мы использовали атом водорода, состоящий из протона и электрона. В настоящее время известно много других положительных и отрицательно заряженных частиц, которые в принципе могут создавать пару подобную атому.

Наиболее интересен мезоатом – система, в электронной оболочке которого хотя бы один электрон заменен на отрицательный мезон (^ – мезон). В нормальном состоянии мезон движется в 207 раз ближе к ядру, чем электрон, т. к. его масса в 207 раз больше. По изменившему излучению устанавливают факт существования мезоатомов. Спектры излучения отражают особенности строения ядер тяжелых элементов.