10 Главное квантовое число . Физический смысл и численные значения

Совокупность чисел, которые характеризуют состояние электрона, называются квантовыми числами. Волновую функцию электрона в атоме, его уникальное состояние определяют четыре квантовых числа – главное, магнитное, орбитальное и сплин – магнитный момент движения элементарной частицы, выраженный в количественном значении. Главное квантовое число имеет обозначение n .Если главное квантовое число увеличивается, то соответственно увеличивается и орбита, и энергия электрона. Чем меньше значение n, тем больше значение энергетического взаимодействия электрона с ядром. Если суммарная энергия электронов является минимальной, то такое состояние атома называется невозбужденным или основным. Состояние атома с высоким значением энергии называется возбужденным. На энергетическом уровне самое большое число электронов можно определить формулой N = 2n².Когда случается переход электрона с одного энергетического уровня на другой, изменяется и главное квантовое число.В квантовой теории принято утверждение, что энергия электрона квантуется, то есть может принимать лишь дискретные, определенные значения. Чтобы знать состояние электрона в атоме необходимо учитывать энергию электрона, форму электронного облака и других параметров. Из области натуральных чисел, где n может быть равно 1 и 2, и 3 и так далее, главное квантовое число может принимать какое угодно значение. В квантовой теории энергетические уровни обозначают буквами, значение n - числами. Номер периода, где находится элемент, равен числу энергетических уровней в атоме, находящемся в основном состоянии. Все энергетические уровни состоят из подуровней. Подуровень состоит из атомных орбиталей, которые определяются, характеризуются главным квантовым числом n, орбитальным числом l и квантовым числом ml. Число подуровней каждого уровня не превышает значение n.Волновое уравнение Шредингера является самым удобным описанием электронного строения атома. Главное квантовое число n и принимает значения 1, 2, 3, … Оно характеризует главные характеристики электрона: размер электронного облака и энергию электрона (энергетический уровень). Электроны, имеющие одинаковое значение n – это электроны одного энергетического уровня. Второе квантовое число носит название орбитальное. Оно характеризует орбитальный момент количества движения электронов относительно ядра атома. А от орбитального момента количества движения зависит форма электронного облака ().

 В порядке возрастания энергии уровней и подуровней.

Правило Кличковского. Заполнение уровней и подуровней происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел. Если для двух орбиталей эта сумма будет одинакова, то электрон идет в ту орбиталь, где n меньше.

11 Орбитальное квантовое число. Формы электронных облаков

Орбитальное квантовое число — в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее форму распределения амплитуды волновой функции электрона в атоме, то есть форму электронного облака. Определяет подуровеньэнергетического уровня, задаваемого главным (радиальным) квантовым числом n и может принимать значения

Является собственным значением оператора орбитального момента электрона, отличающегося от момента количества движения электрона j лишь на оператор спина s: Разность орбитального квантового числа и квантового числа полного момента не превосходит, по абсолютной величине, 1\2 (спин электрона). Азимутальное квантовое число определяет ориентацию электронного облака в пространстве.

Согласно механистической модели форма электронного облака атома является следствием формы ядра атома. Источниками сил, связывающих атомы друг с другом, являются зоны перекрытия электронных облаков. Зоны перекрытия одновременно являются частью электронных облаков обоих соприкасающихся атомов. Чем больше зон перекрытия, тем крепче связь между атомами.  Каждый электрон электронного облака на большей части своей траектории взаимодействует преимущественно с одним из протонов ядра, формируя часть электронного облака – электронный лепесток. Но в зонах перекрытия электроны могут переходить из одного электронного лепестка в другой. Электронные лепестки, связанные с протонами законченной ядерной оболочки в межатомных связях не участвуют. Они сливаются в сплошное электронное облако, границы которого намного ближе к центру ядра, чем концы обособленных электронных лепестков. По этой причине сплошное электронное облако не достает до электронных облаков соседних атомов и не способно создавать с ними зоны перекрытия. Межатомные связи способны создавать только обособленные электронные лепестки. Они вытягиваются далеко за пределы сплошных электронных облаков и притягиваются к подобным электронным лепесткам других атомов, создавая зоны перекрытия. Притяжение атомов происходит до достижения баланса между гравидинамическими силами притяжения и силами упругости электронной оболочки. Из этого следует, что границы электронного облака атома не являются жестко фиксированными и могут меняться при изменении плотности атомов. Соответственно, могут меняться и размеры атома. Попробуем построить теоретически возможные конфигурации зон перекрытий между  электронными облаками идентичных атомных изомеров при максимальной упаковке. Такие слипшиеся однотипные атомы способны образовывать монокристалл – объемную гигантскую молекулу с периодичной структурой.