1. Электрон имеет двойственную природу. Он обладает свойствами и частицы, и волны одновременно.

Как частица электрон имеет массу и заряд, однако движение электронов - это волновой процесс. Электронам свойственно явле­ние дифракции (это означает, что поток электронов может огибать препятствия).

2. Положение электрона в атоме неопределенно.

Это озна­чает, что невозможно одновременно точно определить и скорость электрона, и его координаты в пространстве.

Электрон, который движется с очень большой скоростью, может находиться в любой части пространства вокруг ядра, и различные моментальные его положения образуют так называе­мое электронное облако с неравномерной плотностью отрица­тельного заряда (рисунок 3.1).

Форма и размеры электронного облака могут быть разными в зависимости от энергии электрона.

Для химической характеристики элемента, которая определяется состоянием электронов в электронной оболочке его атома, необходимо знать:

— энергию электрона в атоме (точнее, энергию системы, со­стоящей из этого электрона, других электронов и ядра;

— форму образуемого данным электроном электронного облака.

Квантовые числа

Состояния электрона в атоме можно описать с помощью четырёх квантовых чисел: главного, орбитального, магнитного и спинового.

В зависимости от энергии электроны в атоме распределяются по энергети­ческим уровням и подуровням.

Главное квантовое число (п) характеризует энергетический уровень и определяет размер электронного облака, т. е. среднее расстояние электрона от ядра.

Главное квантовое число принимает целочисленные значения 1, 2, 3, ..., п, которые соответствуют номеру энергетического уров­ня.

Чем больше п, тем выше энергия электрона, следовательно, минимальная энергия соответствует первому уровню (п = 1). Более высокие значения n соответствуют более высоким значениям энергии электрона. Чем больше энергия электрона, тем более удалён он от ядра.

Большему значению главного квантового числа соответствует больший размер электронного облака. Электроны, характеризующиеся одним и тем же значением главного квантового числа n, образуют электронные облака приблизительно одинаковых размеров.

Орбитальное или побочное квантовое число (l) характери­зует энергетический подуровень и определяет форму электронно­го облака

Орбитальное или побочное квантовое число (l) принимает целочисленные значения от 0 до (п - 1). Его значения обычно обозначаются как цифрами, так и буквами:

l = 0 1 2 3

s p d f

Число возможных значений l соответствует числу возможных подуровней на данном уровне, равному номеру уровня (п).

При п = 1	l = 0 (1 значение)	подуровень S
п = 2	l = 0, 1 (2 значения)	подуровни: S, p,
п = 3	l = 0, 1, 2 (3 значения)	подуровни: S, p, d,
п = 4	l = 0, 1, 2, 3 (4 значения)	подуровни: S, p, d, f

Энергия электронов на разных подуровнях одного уровня изменяется в зависимости от l следующим образом:

– каждому значению l соответствует определенная форма электронного об­лака: s - сфера, р - объемная восьмерка, d и f - объемная че­тырех лепестковая розетка или более сложная форма (табл. 1.1).

Таблица 1.1 – Форма электронных облаков

Главное квантовое число (n)	Возможные значения орбитального квантового числа (l= п-1)	Форма электронного облака	Буквенное обозначение
1	0		s
2	0		s
	1		p
3	0		s
	1		p
	2		d

Магнитное квантовое число

Ориентация электронного облака в пространстве также не может быть произвольной: она определяется значением магнитного квантового числа (m_l).

Магнитное квантовое число (m_l) может принимать любые целочисленные значения в интервале от -l до +l, и рассчитывается по формуле:

m_l = 2l + 1

число значений, l	число значений, ml	Ориентация электр.облака	Колич. орбиталей
для s-электронов, l = 0,	ml = 0	сфера	1
р-электронов, l = 1,	ml = -1; 0; 1	по оси Х,Y и Z	3
d-электронов, l = 2,	ml = -2;-1; 0; 1; 2	разные ориентации в пространстве	5
f-электронов, l = 3,	ml = -3; -2-1; 0; 1; 2; 3	–«–	7

Электроны, имеющие одинаковые значения п, l и m_l, нахо­дятся на одной орбитали.

Например, три p-электронных облака с m_l = -1; 0; +1 располагаются в пространстве перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке

Спиновое квантовое число (т_s)

Исследование атомных спектров показало, что помимо квантовых чисел n, l, m_l, электрон характеризуется ещё одной квантованной величиной, не связанной с движением электрона вокруг ядра, а определяющей его собственное движение. Эта величина получила название спинового квантового числа (m_s).

У электрона спиновое квантовое число может принимать два значения: m_s = +1/2 и m_s = -1/2 . Схематическое изображение:

Согласно принципа Паули в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы.

Из этого следует, что на каждой атомной орбитали, характеризующейся определёнными значениями n, l, m_l , может находиться не более двух электронов, причём спины этих электронов должны быть противоположно направлены (так как только в этом случае спиновые квантовые числа электронов будут отличаться: у одного электрона m_s = +1/2, у другого m_s = -1/2).

О бозначение неспаренного электрона на атомной орбитали:

О бозначение двух спаренных электронов с противоположными спинами, находящихся на одной атомной орбитали:

Итак, четыре квантовых числа n, l, m_l, m_s однозначно определяют состояние электрона в атоме.

Атомные орбитали

Состояние электрона в атоме, характеризующееся тремя квантовыми числами n, l, m_l , называется атомной орбиталью. Часто орбиталь также определяют как область пространства, в которой наиболее вероятно нахождение электрона.

Совокупность орбиталей с одним и тем же значением главного квантового числа n образует энергетический уровень.

Орбитали некоторого энергетического уровня, характеризующиеся одним и тем же значением орбитального квантового числа l, образуют энергетический подуровень.

Очевидно, что число орбиталей на подуровне равно числу значений магнитного квантового числа m_l, которые оно может принимать при данном l.

Графическое изображение орбитали:

Например, показанные ниже орбитали все вместе образуют третий энергетический уровень, так как все они характеризуются одним и тем же значением главного квантового числа n = 3. Третий энергетический уровень делится на три подуровня, несколько различающихся по энергии: s-орбитали имеют более низкую энергию, чем p-орбитали, а p-орбитали, более низкую энергию, чем d-орбитали. Каждый подуровень образован орбиталями с одинаковым значением орбитального квантового числа l.