Атомная орбиталь
Атомная орбиталь — одно из возможных состояний электрона в атоме. Орбиталь описывается трёхмерной стационарной волновой функцией, но в атомной физике обычно удобнее представлять каждую орбиталь как задающую её совокупность квантовых чисел. В 1925 году Вольфганг Паули был высказан принцип: в атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел (принцип Паули). Исходя из принципа Паули можно определить количество электронов на каждой орбитали.
Главное квантовое число[править]
Главное квантовое число n определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Оно всегда целое, начиная с единицы, что связано с тем, что электрон в атоме может находиться лишь в определенных квантовых состояниях, соответствующих определенным значениям его энергии связи с ядром.
Переход электрона из одного энергетического состояния в другое происходит скачкообразно, что позволяет говорить об энергетических уровнях электрона в атоме.
Квантовое состояние атома с наименьшей энергией называют основным. В этом состоянии электрон наиболее прочно связан с ядром. Остальные квантовые состояния с более высокими уровнями энергии называют возбужденными.
При квантовых переходах электрона из одного состояния в другое меняются форма и размеры электронного облака.
Орбитальное квантовое число[править]
Орбитальное квантовое число l описывает форму орбитали, а соответственно и форму электронного облака. Орбитальное квантовое число тоже натуральное, но не может быть больше значения главного квантового числа, уменьшенного на единицу. Имеются буквенные обозначения для орбитальных квантовых чисел:
- 0 — s
- 1 — p
- 2 — d
- 3 — f
- 4 — g
- 5 — h
Например, при n = 4, l = 0, 1, 2, 3 орбитали обозначаются как 4s, 4p, 4d, 4f соответственно.
Таким образом, для электрона первой оболочки (n = 1) возможна только одна форма орбитали, для второй (n = 2) возможны две формы орбиталей, для третьей (n = 3) — три и т. д.
Магнитное квантовое число[править]
Магнитное квантовое число описывает пространственное расположение орбиталей. Число значений магнитного квантового числа равно 2l − 1, например, при l = 1, m = −1, 0, 1.
Распределение электронной плотности[править]
Распределение электронной плотности относительно ядра изображают с помощью кривой радиального распределения вероятности.
Электронная плотность по орбиталям распределяется неравномерно. Нулевые положения на кривой называются узлами. Они отвечают изменению знака волновой функции.
Число максимумов на кривой распределения электронной плотности определяется главным квантовым числом. Для s-электронов число максимумов на кривой вероятности нахождения электрона равно значению главного квантового числа, для р-электронов — на единицу меньше, а для d-электронов — на две единицы меньше.
Спиновое квантовое число[править]
Помимо формы облака и энергии электроны отличаются также спином. Для характеристики спина вводится спиновое квантовое число, которое принимает значения +1/2 и −1/2.