57. Поняття про квантову механіку. Квантові числа. Принцип Паулі. Розподіл електронів по енергетичних рівнях. Квантові числа. Магнітний момент. Спін електрона.

Квантова механіка розкриває дві основні властивості речовини: квантованість внутрішньоатомних процесів і хвильову природу частинок.

Квантова механіка позбавлена наочності, характерної для класичної механіки. Образами звичного нам макросвіту не можна описати явища, які відбуваються у мікросвіті.

Вивчаючи явища, які відбуваються в макросвіті, ми користувалися законами класичної фізики, що лишаються непорушними, якщо обмежити область їх застосування. У гл. 22 було показано, що для розв'язання питання про те, якими законами механіки - класичними чи релятивістськими - необхідно користуватися, щоб описати явище, яке ми розглядаємо, треба знати, з якою швидкістю рухається досліджуваний об'єкт. Якщо його швидкість сумірна зі швидкістю світла у вакуумі, то треба застосовувати релятивістські формули.

Швидкість світла у вакуумі є критерієм, який визначає межу застосовності класичних законів, оскільки вона є максимальною швидкістю передавання сигналів.

Виникає питання, чи існує такий критерій для описування поводження найдрібніших частинок речовини, яким властивий корпускулярно- хвильовий дуалізм? Так, такий критерій існує, це - стала Планка.

Дальше нагромадження відомостей про атом і успіхи квантової механіки привели до відмовлення від планетарної моделі атома. Враховуючи характер руху електронів в атомі, у сучасних моделях атома використовують поняття електронної хмари. Густина електронної хмари, яку утворює кожний електрон, нерівномірна, вона змінюється залежно від відстані до ядра атома і максимальна там, де більша ймовірність перебування електрона. Форма, розміри та орієнтація в просторі електронної хмари однозначно визначається квантовими числами. Шредінгер показав, що стан електрона в атомі характеризується трьома квантовими числами: п, орбітальним l і магнітним т.

Головне квантове число п визначає середню відстань електрона від ядра атома, тобто розміри електронної хмари. Для найпростішого атома, атома водню, це число характеризує й енергію електрона. Головне квантове число набуває значення п = 1, 2, 3, ...

Орбітальне квантове число l визначає значення моменту імпульсу електрона і характеризує форму електронної хмари. Воно набуває значення l = 0, 1, 2. ..., п -1.

Магнітне квантове число т визначає місце знаходження хмари в просторі і набуває значення т = 0, ± 1, ± 2, ..., ± l.

Стан електрона в атомі із заданими квантовими числами п і l позначають так: 1s, 2s, 2p, 3s і т.д. Тут цифри 1, 2, 3, ... означають значення головного, а букви s, p, d - орбітального квантових чисел. Символам s, p, d відповідають значення l=0, 1, 3, ...

Якщо атом помістити в потужне однорідне магнітне поле, то можна встановити, що електрони мають не тільки електричні заряди, а й власні магнітні і механічні моменти. Власний механічний момент назвали спіном (від англ. - обертати). Спочатку припускали, що спін зумовлений обертанням електрона навколо своєї осі. Проте дослідні дані свідчать про те, що уявлення про електрон як обертову кульку не зовсім точне.

Спін треба вважати внутрішньою властивістю, притаманною електрону, подібно до того як притаманні йому заряд і маса.

Квантові розрахунки показують, що електрон може мати спінове 1 1

квантове число або s = —, або s = , інших значень бути не може.

Отже, стан електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами: п, l, т, s.