Пример 3. Электрон в атоме характеризуется набором квантовых чисел: n = 3, l = 1, ml = 0

Электрон в атоме характеризуется набором квантовых чисел: n = 3, l = 1, m _l = 0. Какая форма записи отражает энергетическое состояние электрона?

Решение.

Квантовая химия атомов и молекул состояние каждого электрона описывает волновой функцией y, называемой атомной орбиталью и характеризуемой набором квантовых чисел. Волновая функция y выводится из уравнения Шредингера, а квантовые числа входят в это уравнения в виде целочисленных параметров. Квантовые числа принимают следующие значения:

n = 1, 2, 3, 4, …7;

l = 0, 1,2, 3, … (n - 1);

m _l = 0, 1, 2, … l;

m_s = 1/2.

Главное квантовое число n характеризует энергию электрона на энергетическом уровне и размер электронного облака, орбитали. При n = 3 электрон находится на третьем энергетическом уровне. При записи электронной формулы главное квантовое число пишется цифрой.

Орбитальное квантовое число l характеризует энергию электрона на энергетическом подуровне, определяет значение орбитального момента количества движения электрона и форму электронного облака. Орбитальное квантовое число при записи электронной формулы пишется буквой. При l = 0, s-подуровень; l = 1, p-подуровень; l = 2, d-подуровень; l = 3, f-подуровень. Соответственно электроны этих подуровней называются s-, p-, d-, f-электронами. По условию задачи l = 1, это p-электрон.

Магнитное квантовое число m _l определяет пространственную ориентацию атомной орбитали в магнитном поле и принимает при данном l – (2 l + 1) значений. s-состоянию (l = 0) отвечает всегда только одна орбиталь; p-состоянию (l = 1) - три орбитали с одинаковой энергией; d-состоянию (l = 2) - пять орбиталей и
f-состоянию (l = 3) - семь орбиталей с одинаковой энергией. В условии задачи
l = 1, этому состоянию отвечают три орбитали: p_x, p_y, p_z, соответственно координатным осям.

Итак, запись, отражающая энергетическое состояние электрона при n = 3,
l = 1, m _l = 0, будет иметь вид 3p_z.

Четыре квантовых числа полностью характеризуют состояние электрона в атоме. Они определяют энергию электрона, его размер и форму, спиновой момент количества движения электрона. При переходе электрона с одной орбитали на другую меняются квантовые числа, соответственно меняется состояние электрона в атоме.