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 ms,
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, аms
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 5,31011 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.