Вероятность нахождения электрона в пространстве. Главное и орбитальное, их характеристика.
Ответ:
Электрон в атоме не имеет траектории движения. Квантовая механика рассматривает вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра. Быстро движущийся электрон может находиться в любой части пространства, окружающего ядро, и различные положения его рассматриваются как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.
Поскольку движение электрона имеет волновой характер, квантовая механика описывает его движение в атоме при помощи волновой функции ψ. В разных точках атомного пространства эта функция принимает разные значения.
Для
выражения законов движения частиц
используется уравнение Шредингера.
Шредингер вывел уравнение, которое
связывает энергию электронной системы
с волновой функцией. Волновое уравнение
Шредингера для движения одной частицы,
например электрона в атоме водорода, в
общем виде выглядит следующим образом:
U – потенциальная энергия электрона
E – полная энергия электрона
Решения уравнения показывают вероятности нахождения электрона в той или иной точке пространства вокруг ядра атома и никак не связывают эту вероятность с траекторией движения электрона.
Главное (радиальное) квантовое число — целое число, обозначающее номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Является первым в ряду квантовых чисел, который включает в себя главное, орбитальное и магнитное квантовые числа, а также спин. Эти четыре квантовых числа определяют уникальное состояние электрона в атоме (его волновую функцию). Главное квантовое число обозначается как n. При увеличении главного квантового числа возрастают радиус орбиты и энергия электрона.Главное квантовое число равно номеру периода элемента.
Наибольшее
число электронов на энергетическом
уровне с учетом спина электрона
определяется по формуле
Орбитальное (азимутальное) квантовое число — в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее азимутальное распределение амплитуды волновой функции электрона в атоме, то есть форму электронного облака. Определяет подуровень энергетического уровня, задаваемого главным (радиальным) квантовым числом n и может принимать значения
Является собственным значением оператора орбитального момента электрона, отличающегося от момента количества движения электрона j лишь на оператор спина s:
Разность орбитального квантового числа и квантового числа полного момента не превосходит, по абсолютной величине, (спин электрона).
Орбитальное квантовое число l введено для характеристики формы орбитали, а следовательно, и формы электронного облака атома. Для каждого значения главного квантового числа орбитальное число принимает значения, заключенные между 0 и (n – 1).
Таким образом, для электрона первого энергетического уровня (n = 1) возможна только одна форма орбитали, для второго энергетического уровня (n = 2) возможны две формы орбиталей, для третьего уровня (n = 3) – три и т.д.
Для характеристики пространственного расположения орбиталей применяется магнитное квантовое число ml. Число значений магнитного квантового числа зависит от орбитального квантового числа и равно (2l + 1).