1. Квантовые числа.

Для характеристики поведения электрона в атоме введены квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое.

Главное квантовое число n определяет энергию и размеры электронных орбиталей. Главное квантовое число принимает значения 1, 2., 3, 4, 5, ... и характеризует оболочку или энергетический уровень. Чем больше п, тем выше энергия. Оболочки (уровни) имеют буквенные обозначения: К(п= 1), L(п == 2), M(п = 3), N(n = 4), Q(n = 5), переходы электронов с одной оболочки (уровня) на другую сопровождаются выделением квантов энергии, которые могут проявиться в виде линий спектров (см. рис. 1.2 и 1.3).

Орбитальное квантовое число l определяет фор­му атомной орбитали. Электронные оболочки расщеплены на под-оболочки, поэтому орбитальное квантовое число также характери­зует энергетические подуровни в электронной оболочке атома.

Орбитальные квантовые числа принимают целочисленные зна­чения от 0 до (п — 1). Подоболочки также обозначаются буквами:

Подоболочка (подуровень) ..... s p d f

Орбитальное квантовое число, /... 0 1 2 3

Электроны с орбитальным квантовым числом 0 называются s-электронами. Орбитали и соответственно электронные облака имеют сферическую форму (рис. 1.4, а).

Электроны с орбитальным квантовым числом 1 называются р-электронами. Орбитали и соответственно электронные облака имеют форму, напоминающую гантель (рис. 1.4, б).

Электроны с орбитальным квантовым числом 2 называют d- электронами. Орбитали имеют более сложную форму, чем p-орбитали (рис. 1.4, в).

Наконец, электроны с орбитальным квантовым числом 3 получили название f-электронов. Форма их орбиталей еще сложнее, чем форма d-орбиталей.

В одной и той же оболочке (уровне) энергия подоболочек (подуровней) возрастает в ряду (рис. 1.5):

E_s<E_p<E_d<E_f.

В первой оболочке (п = 1) может быть одна (s-), во второй (n = 2) — две (s-, р-), в третьей (п = 3) — три (s-, p-, d-), в четвертой (п = 4) — четыре (s-, p-, d-, f-) — подоболочки.

Магнитное квантовое число m_l характеризует ориентацию орбитали в пространстве (см. рис. 1.4).

Магнитное квантовое число принимает целочисленные значения от -l до +l, включая ноль. Например, для 1=3, магнит­ные квантовые числа имеют значения —3, —2, —1, 0, + 1, +2, + 3, т. е. в данной подоболочке (f-подоболочке) существует семь орбиталей.

Соответственно в подоболочке s (1=0) имеется одна орбиталь (m_l = 0), в подоболочке р (l= 1) — три орбитали (m_l = -1, 0, + 1), в подоболочке d(l=2) пять орбиталей (т, = -2, -1, 0,+ 1, + 2) (см. рис. 1.4).

Спиновое квантовое число m_s. Изучение атомных спектров показало, что трех квантовых чисел недостаточно для описания свойств электронов. Каждый электрон также характеризуется собственным механическим моментом движения, который получил название спина.

Спиновое квантовое число m_s имеет только два значения + 1/2 и -1/2 Положительные и отрицательные значения спина связаны с его направлением. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками

Итак, состояние электрона в атоме полностью характеризуется четырьмя квантовыми числами: п, l, m_l и m_s