4.4. Спин электрона. Принцип Паули

Состояние каждого электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:

1. Главное квантовое число определяет размеры орбиты. От этого числа зависит энергия электрона в атоме; оно может принимать только целочисленные значения от до :

.

2. Орбитальное квантовое число определяет эксцентриситет орбиты или орбитальный момент количества движения электрона и может принимать только целочисленные значения от до , где – главное квантовое число, т.е.

.

Различные значения числа при данном соответствуют движению электронов по эллипсам различной вытянутости. Совокупность всех электронов, движущихся по этим эллипсам, представляет собой электронный слой (оболочку) с данным главным квантовым числом.

– слой с обозначается как -слой;

– слой с обозначается как -слой;

– слой с обозначается как -слой и т.д.

Численные значения обозначаются буквами по следующей схеме:

: , , , , ,

буква: , , , , , .

Состояние электронов в слое : → .

Состояние электронов в слое : →

→ .

3. Магнитное квантовое число определяет пространственную ориентацию орбиты электрона.

4. Спиновое квантовое число – .

Собственный момент количества движения электрона называют спином:

.

Если принять за единицу измерения момента количества движения, то . Проекция спина электрона на любую ось может принимать только два значения: и , что соответствует ориентации спина либо параллельно, либо антипараллельно этой оси. В настоящее время установлено, что спином обладает не только электрон, но и большинство элементарных частиц. Спин – это особое свойство элементарных частиц. Итак, состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами: .

Согласно принципу Паули, в одном и том же атоме (молекуле) не может быть двух (и более) электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. В основном состоянии атом и электроны в нем обладают наименьшей энергией.

Пример. Атом (литий) имеет 3 электрона (рис.23). Третий электрон, согласно принципу Паули, не может попасть в слой , так как все состояния там заняты. Следовательно, энергия третьего электрона должна быть более высокой, чем первых двух. Он попадает в слой ( – слой).

Рекомендуемая литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. Т.3.-СПб.: Лань, 2006.

2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая школа, 2004.

3. Егоров И.Н. Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: учеб.-метод. пособие / И.Н. Егоров, С.И. Егорова, В.С. Кунаков, Г.Ф. Лемешко, Ю.М. Наследников. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.

4. Федосеев В.Б. Физика / В.Б. Федосеев.- Ростов н/Д: Феникс, 2009.

Оглавление

1.	КВАНТОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ…………………………….				3
1.1.		Фотоны. Энергия, масса и импульс фотонов…………			3
1.2.		Тепловое излучение…………………………………………….			3
			Понятие о равновесном тепловом излучении……………………………………………………………		3
			Характеристики теплового излучения…………		4
			Законы теплового излучения……………………..		6
1.3.		Фотоэффект…………………………………………………………			12
			Основные законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна………………………………………………..		13
			Внутренний фотоэффект……………………………		14
			Вентильный фотоэффект……………………………		15
1.4.		Давление света……………………………………………………			16
1.5.		Эффект Комптона…………………………………………………			18
2.	ФИЗИКА АТОМА……………………………………………………………				20
2.1.		Спектры. Закономерности в атомных спектрах……..			20
			Модели атома Томсона и Резерфорда…………		22
			Постулаты Бора………………………………………..		24
			Применение теории Бора к атому водорода.	25
			Опыты Франка и Герца……………………………..	27
			Достоинства и недостатки теории Бора………	29
2.2.		Люминесценция…………………………………………………..		30
3.	ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ…			32
3.1.		Состав и характеристики атомного ядра……………….		32
3.2.		Дефект массы и энергия связи ядра……………………..		33
3.3.		Ядерные силы……………………………………………………..		35
3.4.		Радиоактивность………………………………………………….		35
3.5.		Правила радиоактивного смещения……………………..		37
3.6.		Закон радиоактивного распада. Активность………….		37
3.7.		Методы регистрации радиоактивного излучения…..		39
3.8.		Ядерные реакции…………………………………………………		40
3.9.		Термоядерные реакции………………………………………..		43

4.	ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ……………………………..		45
4.1.		Гипотеза Луи де Бройля……………………………………….	45
4.2.		Уравнение Шредингера………………………………………..	48
4.3.		Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками»….	50
4.4.		Спин электрона. Принцип Паули………………………….	54
Рекомендуемая литература…………………………………………………			55

Учебное издание

Егорова Светлана Ивановна,

Егоров Иван Николаевич,

Лемешко Галина Филипповна