5.2. Модель состояния электрона в атоме Квантовые числа

Положение электрона в атоме описывается набором из четырех квантовых чисел. Охарактеризовать электронное строение атома – это значит указать значения четырех квантовых чисел для всех его электронов.

Главное квантовое число (n) определяет размер электронного облака, размер орбитали, номер энергетического уровня и энергию электрона на данном уровне, соответствует номеру периода в таблице Менделеева.

У атомов элементов первого периода – один энергетический уровень (n = 1), второго периода – 2 уровня (n = 2), третьего – 3 уровня (n = 3) и т.д.

Орбитальное квантовое число () характеризует энергию электрона на данной орбитали (энергетическом подуровне) = 0, 1, 2,...(n – 1). Оказалось, что в пределах одного квантового слоя электроны могут образовывать облака различной формы.

Число орбиталей равно числу значений на данном энергетическом уровне.

Если = 0 (s-электроны), то орбиталь имеет сферическую форму;= 1 (р-электроны) – гантелеобразную; = 2 (d-электроны)– форму четырех лепестковой розы.

Число n обозначается цифрой, а строчной буквой: 0 – s, 1 – р, 2 – d, 3 – f. Число электронов для данного указывается индексом сверху.

Например: Бор – ₅В 1s²2s²2р¹ – это означает, что в атоме бора есть 2 электрона, у которых n = 1, а = 0; 2 электрона сn = 2 и = 0, и 1 электрон сn = 2 и = 1.

Магнитное квантовое число () характеризует энергию электрона на данной ориентации орбитали и принимает значения –, 0, ;

= n–1.

Допускаются лишь строго определенные ориентации электронных облаков в пространстве.

Число возможных значений для данного значения определяет число возможных ориентации данного облака в пространстве. Так, s-облако имеет 1 ориентацию, р – 3 ориентаций, d – 5 ориентаций, а f – 7 ориентаций.

m_s – магнитное спиновое число характеризует собственный момент количества движения электрона, в результате вращения вокруг собственной оси. Такое движение называется спином. Спин – это собственный момент импульса электрона, не связанный с движением в пространстве.

Для всех электронов абсолютное значение спина всегда равно s=1/2. Проекция спина на ось z (магнитное спиновое число m_s) может иметь лишь два значения:

m_s = +1/2 или m_s = –1/2.

n

l

m_l

m_s

1

0

0

±1/2

2

0, 1

0; 1, 0, –1

±1/2

3

0, 1, 2

0; 1, 0, –1; 2, 1, 0, –1, –2

±1/2

4

0, 1, 2, 3

0; 1, 0, –1; 2, 1, 0, –1, –2; 3, 2, 1, 0, –1, –2, –3

±1/2

Форма s-электронной

орбитали

Форма d-электронной

орбитали

Форма и ориентация

p-электронных орбиталей

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.

Совокупность электронов с одинаковым квантовым числом n называется электронным слоем или уровнем. Электроны, которые движутся в орбиталях близкого размера и образуют энергетические уровни. Они номеруются от ядра 1;2;3;4;5;6;7.

Энергетические уровни подразделяются на подуровни, которые отличаются друг от друга энергией связи с ядром. Совокупность электронов с одинаковыми значениями n и образуют подуровень.

Число подуровней равно n, но не более 4–х.

Подуровни состоят из орбиталей:

s – первый подуровень состоит из одной s- орбитали;

p – второй подуровень состоит из трёх p-орбиталей;

d – третий подуровень состоит из пяти d-орбиталей;

f – четвёртый подуровень состоит из семи f-орбиталей.