1.2. Квантовые числа

Главное квантовое число (n) определяет энергию и размеры электронных орбиталей, удаленность уровня от ядра. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3... до ) и соответствует номеру периода. Число n показывает, сколько подуровней имеет каждый уровень, и какой энергетический уровень является внешним. Чем больше n, тем выше энергия. Оболочки (уровни) имеют буквенные обозначения

n = 1 2 3 4 5 6 7

K L M N O P Q

Пример. Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5).

Орбитальное (побочное или азимутальное ()) квантовое число определяет форму атомной орбитали и характеризует энергетические подуровни. Величина  принимает целочисленные значения от 0 до (n – 1) и может обозначаться буквами.

Подоболочка (подуровень) s р d f g

Орбитальное квантовое число 0 1 2 3 4

Каждому значению  соответствует орбиталь особой формы, например s-орбиталь имеет сферическую форму, р-орбиталь – гантель.

В одной и той же оболочке энергия подуровней возрастает в ряду E_s < E_p < E_d < E_f < E_g. В первой оболочке (n = 1) может быть одна s-; во второй (n = 2) две s- и р-, в третьей (n = 3) s-, р- и d-, в четвертой (n = 4) s-, р-, d- и f- подоболочки и т. д.

Магнитное квантовое число (m_) характеризует ориентацию орбиталей в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля и их максимального количества для подуровней. В отсутствие внешнего магнитного поля все орбитали одного подуровня имеют одинаковое значение энергии. Величина m_ принимает целочисленные значения от – до +, включая ноль, и меняется скачкообразно. Это означает, что для каждой формы орбитали существует (2 + 1), энергетически равноценных ориентации в пространстве.

Так при  = 0 m_ = 0 – это s-подоболочка, имеющая одну орбиталь шарообразной формы; при  = 1 m_ = -1; 0; +1 – это p-подоболочка, имеющая три оболочки гантелеобразной формы (рис. 1); при  = 2 m_ = -2; -1; 0; +1; +2 – это d-подоболочка, имеющая пять орбиталей сложной конфигурации, а при  = 3 m_ = -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3 это f-подоболочка, имеющая семь орбиталей сложной конфигурации. Таким образом, на s-подуровне – одна, на p-подуровне – три, на d- подуровне – пять, на f-подуровне – 7 орбиталей.

Спиновое квантовое число (m_s) характеризует механический момент движения электронов и имеет два значения +1/2 и –1/2, соответствующие противоположным направлениям вращения. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками ↑ ↓. Каждая электронная орбиталь в атоме (или атомная орбиталь (АО)) характеризуется тремя квантовыми числами: n,  и m_. Общие число атомных орбиталей в оболочках равно n². Условно атомную орбиталь обозначают в виде клеточки. Состояние электрона в атоме полностью характеризуется четырьмя квантовыми числами n, , m_, и m_s.

S - орбиталь	Три p – орбитали

Пять d – орбиталей

Рис. 1. Формы электронных облаков