2.4. Квантово-механическая модель атома

Квантово-механическая модель атома – это воображаемый вид атома, созданный на основе положений квантовой механики. Изобразить электронную плотность в околоядерном пространстве можно с помощью рисунков и графиков. Решая уравнение Шредингера и подставляя неоднократно значение различных переменных, получим изображение электронного облака:

2

Рис. Способы изображения распределения электронной плотности в атоме водорода: графики зависимости ψ – r(a), ψ²dv – r(б), электронное облако (в), орбиталь (2)

Электронная облако – это околоядерное пространство, в котором вероятность пребывания электрона максимальна.

Орбиталь – фигура, образованная движением электрона и составляющая примерно 95% электронного облака.

Возможны различные формы орбиталей:

s-, р-, d- и f-

Формы s-, p-, d- орбиталей

2.5. Квантовые числа

Нахождение электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами; n – главное, ℓ - орбитальное, m – магнитное, s – спиновое. Все эти числа характеризуют определенную энергию электрона. Кроме этого n определяет размер электронного облака и принимает значение [1; ). Электроны с одинаковым значением n образуют уровень в атоме.

n = 1 n = 2 n = 3

Чем больше n, тем выше энергия. Уровни имеют буквенные обозначения: Энергия Е n 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P Q min max

ℓ определяет форму электронного облака, принимает значения в зависимости от n [0; n-1]. Электроны с одинаковым значением ℓ образуют подуровень.

ℓ = 0

s - состояние

ℓ = 1

p - состояние

ℓ = 2

d - состояние

m определяет ориентацию электронного облака, принимает значения в зависимости от ℓ [-ℓ; 0; +ℓ].

Состояние электрона в атоме определяемое значением n, ℓ, m называется атомной орбиталью (АО). Обозначается  или сокращено – .

S определяет внутреннее движение электрона, независящее от n, ℓ, m; принимает значения :

Рис. Спин-орбитальное взаимодействие у электронов, находящихся на одной орбитали и отличающихся направлением спинов

2.6. Взаимосвязь квантовых чисел. Емкость уровня и подуровня

Это положение отразим в виде таблицы:

n число уровней	ℓ	Буква	m	Число п/у = n	Число АО = = (2ℓ+1)	Емкость п/у = = 2(2ℓ+1)	Емкость уровня 2n2
1	0	S	0	1	1	2	2
2	0 1	S p	0 -1, 0, +1	2	1 3	2 6	8
3	0 1 2	S p d	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2	3	1 3 5	2 6 10	18
4	0 1 2 3	S p d f	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3	4	1 3 5 7	2 6 10 14	32