Строение атома, Квантовые числа. Атомные орбитали - Систематика химических элементов

Квантовые числа. Атомные орбитали

Состояние электрона в атоме любого химического элемента характеризуется четырьмя квантовыми числами: главным, орбитальным, магнитным и спиновым.

Главное квантовое число

Главное квантовое число П определяет энергию и размеры электронного облака. Энергия электрона, прежде всего, зависит от расстояния до ядра. Чем ближе электрон расположен к ядру, тем меньше его энергия, поэтому главное квантовое число характеризует расположение электрона на том или ином энергетическом уровне (квантовом слое).

Главное квантовое число n = 1 , причем при п=1 электрон находится на первом энергетическом уровне, расположенном на минимально возможном расстоянии от ядра. Полная энергия такого электрона наименьшая.

С другой стороны, электрон, находящийся на наиболее удаленном от ядра энергетическом уровне, обладает максимальной энергией, поэтому при переходе электрона с более удаленного уровня на менее удаленный выделяются кванты энергии.

Орбитальное квантовое число

Орбитальное квантовое число L определяет форму электронного облака. Различным формам электронного облака соответствуют различные значения энергии, т. е. в пределах одного энергетического уровня происходит его расщепление на энергетические подуровни. Орбитальное квантовое число L=0 (n-1). Энергетические подуровни обозначаются: S(l=0), р(1=1), d(l=2), f(l=3).

При П=1; 1=0. Такому значению L соответствует форма электронного облака в виде сферы. Электроны, L которых равно 0, называются S-электронами. На первом энергетическом уровне могут находиться только S-электроны, которые образуют один энергетический подуровень 1s.

При П = 2; I = 0, 1. Значению L = 1 соответствует электронное облако в виде "объемной восьмерки". Электроны, L которых равно 1, называются Р-электронами. На втором энергетическом уровне могут находиться и s-, и р-электроны, которые образуют два энергетических подуровня 2s и 2р.

При п = 3; l = 0. 1, 2. Значению 1=2 соответствует форма электронного облака в виде "четырехлепесткового соцветия". Электроны, L которых равно 2, называются d - Электронами. На третьем энергетическом уровне могут находиться и s-, и р-, и (d-электроны, которые могут образовывать три энергетических подуровня Зs, Зр, 3d.

При N = 4; l = 0, 1, 2, 3. Значению L = 3 соответствует сложная, трудно изображаемая форма электронного облака. Электроны, L которых равно 3, называются F-электронами. На четвертом энергетическом уровне могут находиться и s-, и р-, и с/-, и /-электроны, которые могут образовывать четыре энергетических подуровня 4s, 4p, 4d, 4f.

Количество подуровней в уровне равно номеру уровня, но не превышает 4.

Магнитное квантовое число

Магнитное квантовое число ML Характеризует пространственную ориентацию электронного облака. Магнитное квантовое число mL = - l l.

При L = 0; ML = 0, т. е. у s-электронного облака отсутствует ориентация.

При L = l, ML = -1, 0, 1. Три значения ML соответствуют трем ориентациям р-электронных облаков в пространстве по направлениям координатных осей X, Y, Z:: рX, рУ, рZ.

При L = 2; ML = -2, -1, 0, 1, 2. Этим пяти значениям mL соответствует пять пространственных положений d-электронных облаков, причем три d-орбитали имеют диагональное расположение между осями X, Y, Z (dXy, dXz dYZ;); две остальные d-орбитали направлены вдоль осей координат (dX2y2, dZ2).

При L = 3; ML = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. Этим семи значениям ML соответствуют семь пространственных положений F - электронных облаков.

Атомные орбитали

Совокупность положений электрона в атоме, характеризуемых тремя квантовыми числами П, l, mL, называется Атомной орбиталыо.

На s-подуровне содержится только одна атомная орбиталь, на р-подуровне - 3, на d-подуровне - 5, а на f - подуровне - 7.

Спиновое квантовое число

Наличие у электронов собственного механического момента, связанного с его вращением вокруг собственной оси, получило название Спина (spin, англ. - веретено).

Величину и ориентацию этого спина характеризует Спиновое квантовое число MS = - 1/2, 1/2.

Поскольку спин - величина векторная, то электроны, имеющие одинаковое направление, называют Параллельными, противоположное - Антипараллельными.

Таким образом, состояние электрона в атоме однозначно характеризуется четырьмя квантовыми числами.

Похожие статьи




Строение атома, Квантовые числа. Атомные орбитали - Систематика химических элементов

Предыдущая | Следующая