35 Квантово-механическая модель строения атома

В основу КММ положена квантовая теория атома, согласно которой электрон обладает как свойствами частицы, так и свойствами волны. Другими словами, о местоположении электрона в определенной точке можно судить не точно, а с определенной долей вероятности. Поэтому в КММ орбиты Бора заменили орбиталями (эдакие "электронные облака" - области пространства в которых существует вероятность пребывания электрона).  Состояние электрона в атоме описывают с помощью 4 чисел, которые называют квантовыми: 

Главное квантовое число n

Описывает:

среднее расстояние от орбитали до ядра;

энергетическое состояние электрона в атоме.

Чем больше значение n, тем выше энергия электрона и больше размер электронного облака. Если в атоме несколько электронов с одинаковым n, то они образуют электронные облака одинакового размера - электронные оболочки

Орбитальное квантовое число l (азимутальное)

Описывает форму орбитали, которая зависит от n.  Орбитальное число l может принимать целочисленные значения в диапазоне от 0 до n-1. Например, при n=2: l=0 l=1  Орбитали, имеющие одинаковое n, но разные l называют энергетическими подуровнями и обозначают буквами латинского алфавита: 0-s; 1-p; 2-d; 3-f; 4-q

Магнитное квантовое число m

Описывает ориентацию орбиталей в пространстве.  Может принимать целочисленные значения в диапазоне от -l до +l (включая 0). Например:  Для l=0 возможно только одно значение: m=0. Это значит, что s-орбиталь имеет только одну пространственную ориентацию.  Для l=1: m=-1;0;+1 - p-орбиталь имеет три пространственные ориентации.  Для l=2: m=-2;-1;0;+1;+2 - d-орбиталь имеет пять пространственных ориентаций.

спиновое квантовое число  характеризует проекцию спинового момента электрона на ось  и принимаюет значения 

Для характеристики электронной системы атома, имеющего несколько электронов, введены квантовые числа L, S и J. (Пример - спектр натрия)

37Ширина спектральных линий

 интервал частот v (или длин волн λ = c/ν, с — скорость света), характеризующий спектральные линии в спектрах оптических атомов, молекул и др. квантовых систем. Каждому излучательному квантовому переходу между дискретными уровнями энергии Ek и Ei соответствует некоторый интервал Δνki частот, близких к частоте перехода   — Планка постоянная). Значение Δνki определяет Ш. с. л. ― степень немонохроматичности данной спектральной линии. Контур спектральной линии φ(ν) [зависимость интенсивности испускания (поглощения) от частоты] обычно имеет максимум при частоте перехода νki или вблизи неё (см. рис.); за Ш. с. л. принимают разность частот, которым соответствует уменьшение интенсивности вдвое (её называют иногда полушириной спектральной линии). Если не учитывать Доплера эффект, Ш. с. л. Δνki определяется суммой ширин уровней энергии Ek и Ei  ki тем больше, чем меньше времена жизни τk и τi. Радиационная (естественная) Ш. с. л. соответственно равна: (Δνki) рад = (Ak + Ai)/2π (где Ak и Ai— полные вероятности спонтанных переходов с уровней Ek и Ei на все нижележащие уровни); она очень мала и обычно Ш. с. л. для атомов и молекул определяется в основном уширением их уровней энергии при взаимодействии с окружающими частицами (в газе и плазме — при столкновениях), а также уширением спектральных линий вследствие эффекта Доплера. В зависимости от типа уширения получается симметричный или асимметричный контур спектральных линий (на рис. показан симметричный, т. н. дисперсионный, контур, характерный для радиационного уширения).

         Лит.: Гайтлер В., Квантовая теория излучения, пер. с англ., М., 1956; Собельман И. И., Введение в теорию атомных спектров, 2 изд., М., 1977.

         М. А. Ельяшевич.

        

        Симметричный контур спектральной линии. Частоте νki соответствует максимальная интенсивность φ(ν) испускания; ∆νki — ширина спектральной линии, равна интервалу между частотами, которые соответствуют интенсивности, вдвое меньшей максимальной.