Лекция №25

Тема: Квантово-механическая модель атома. Квантовые числа. Принцип Паули. Электронные оболочки. Застройка электронных оболочек. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Рентгеновские лучи.

Строение электронной орбитали и ее энергия взаимодейст­вия с ядром атома определяются атомными квантовыми числами, которые являются целочисленными параметрами собственных функ­ций уравнения Шредингера. Квантовые числа называются: главное, орбитальное, магнитное и спиновое.

Главное квантовое число n характеризует уровень энергии электрона и удаленность последнего от ядра атома. Сейчас извест­ны следующие значения главных квантовых чисел и соответствующие им энергетические уровни атомов:

Главное квантовое число 1,2,3,4,5,6,7,8.

Энергетический уровень K, L, M, N, O, P, Q, R.

Энергия уровней возрастает с ростом главного квантового числа: наименьшим значением энергии обладает уровень К (n =1), ближай­ший к ядру атома.

Орбитальное квантовое число l определяет момент количества движения, электрона относительно ядра атома. Значения l изменяются от 0 до (n -1). Как и главное квантовое число n, орби­тальное квантовое число тоже определяет энергию электрона, но уже в определенном энергетическом уровне. Следовательно, элект­роны с одинаковым n, но разным орбитальным квантовым числом, могут обладать различной энергией и занимать на одном и том же уровне различные энергетические подуровни. Однако разница энер­гий с n = 1 и n = 2 значительно больше, чем разница энергий поду­ровней с l =0 и l =1. В зависимости от величины l подуров­ни обозначаются такими буквами:

Значение l 0, I, 2, 3,. 4.

Обозначение подуровня s, p, d, f, g.

Самым главным свойством орбитального квантового числа яв­ляется то, что оно определяет форму электронной орбитали, которая обозначается так же, как и подуровни.

Энергия связи электрона в атоме с ростом радиуса энергетического уровня, на котором он находится, очень быстро уменьшается, наиболее связанные с ядром будут электроны с минимальным n. С ростом l энергия электрона тоже уменьшается. Например,2sэлек­трон связан с ядром атома крепче, чем 2р электрон.

Пока главное квантовое число мало, различия в энергии, вызван­ные изменением l, малы по сравнению с различиями, связанными с изменением n. Однако положение меняется, если n >3. Например, энергия орбитали 4s меньше энергии орбитали 3d.

Таким образом, квантовые числа n и l определяют энергию и форму электронных орбиталей.

Магнитное квантовое число m_e определяет момент количества движения электрона относительно внешнего электромагнитного поля. Оно может принимать значения от l до - l или всего (2 l + I) значе­ний.

Количество магнитных квантовых чисел определяет число элек­тронных орбиталей:

электронная орбиталь s, p, d, f, g.

величина l 0, I,2, 3, 4.

количество m_e = (2 l + I) I. 3. 5. 7. 9.

Расщепление энергетических уровней в магнитном поле обнаружено Земаном, а в электрическом поле Штарком.

Магнитное спиновое квантовое число m_s. Спин характеризует соб­ственный момент количества движения электрона вокруг своей оси. Су­ществуют всего две независимые возможности такого вращения: против часовой стрелки и по часовой стрелке. Им отвечают два значения маг­нитного спинового квантового числа: m_s = +и m_s= -. Расщепление соответствующих уровней подтверждено в опытах О. Штерна и В. Герлаха.

Значит, эти четыре квантовых числаn, l, m_e, m_s определяют энер­гию и положение электрона в атоме.