1.3.2 Главное квантовое число

Энергия электрона в атоме – величина квантованная; главное квантовое число (n) характеризует возможные значения энергии электрона в атоме. Главное квантовое число может принимать любые положительные целочисленные значения: n = 1, 2, 3, 4, ... и т.д. Наименьшей энергией электрон обладает при n = 1. Более высокие значения n соответствуют более высоким значениям энергии электрона.

Главное квантовое число определяет также и размеры электронного облака. Чем больше энергия электрона, тем более удалён он от ядра. Поэтому большему значению главного квантового числа соответствует больший размер электронного облака. Электроны, характеризующиеся одним и тем же значением главного квантового числа n, образуют электронные облака приблизительно одинаковых размеров. Это позволяет говорить о существовании в атоме электронных слоёв (или электронных оболочек). Вместо понятия «электронный слой» часто употребляют понятие «энергетический уровень». Если несколько электронов характеризуются одним и тем же значением главного квантового числа, то в этом случае говорят, что электроны находятся на одном и том же энергетическом уровне. Если n = 1, то электроны находятся на первом энергетическом уровне (самом близком к ядру); если n = 2, то электроны находятся на втором энергетическом уровне (более удалённом от ядра) и т.д.

1.3.3 Орбитальное квантовое число

Не только энергия электрона в атоме (и связанный с ней размер электронного облака) принимает определённые значения; произвольной не может быть также и форма электронного облака. Она определяется орбитальным квантовым числом l (прежде его часто называли побочным квантовым числом).

Орбитальное квантовое число l принимает целочисленные значения от 0 до (n-1). Например, если главное квантовое число n = 3, то орбитальное квантовое число l может принимать следующие значения: l = 0; 1; 2. Часто численные значения l заменяют буквенными обозначениями. Если l = 0, то говорят об s-электронных облаках, при l = 1 – о p-электронных облаках, при l = 2 – о d-электронных облаках (см. таблицу 1.1).

1.3.4 Магнитное квантовое число

Ориентация электронного облака в пространстве также не может быть произвольной: она определяется значением магнитного квантового числа (m_l), которое может принимать любые целочисленные значения в интервале от -l до +l:

для s-электронов l = 0, m_l = 0;

для p-электронов l = 1, m_l = -1; 0; +1;

для d-электронов l = 2, m_l = -2; -1; 0; +1; +2;

для f-электронов l = 3, m_l = -3; -2; -1; 0; +1;+2;+3.

Таблица 1.1 – Форма электронных облаков

Главное квантовое число (n)	Возможные значения орбитального квантового числа (l)	Форма электронного облака	Буквенное обозначение
1	0		s
2	0		s
	1		p
3	0		s
	1		p
	2		d

Таким образом, магнитное квантовое число m_l может принимать (2l + 1) значений; столько же существует вариантов ориентации электронного облака относительно ядра атома. Например, три p-электронных облака с m_l = -1; 0; +1 располагаются в пространстве перпендикулярно друг другу, как показано на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Расположение p-электронных облаков в пространстве