- •Лекция 13 Элементы современной физики атомов и молекул Вопросы
- •Квантовомеханическое описание состояния электрона в атоме. Принцип Паули. Структура электронных оболочек атома.
- •Периодическая система элементов Менделеева.
- •3. Вынужденное излучение. Лазеры.
- •1. Квантовомеханическое описание состояния электрона в атоме. Принцип Паули. Структура электронных оболочек атома
- •Главное квантовое число n определяет энергетические уровни электрона в атоме и принимает любые целочисленные значения, начиная с 1:
- •Орбитальное квантовое число l определяет уровни момента импульса, которые при заданном n принимают значения
- •3. Магнитное квантовое число ml определяет проекцию момента импульса электрона на заданное направление
- •Принцип неразличимости (тождественности) частиц
- •Принцип Паули (1925 г.)
- •2. Периодическая система элементов Менделеева
- •3. Вынужденное излучение. Лазеры
Принцип неразличимости (тождественности) частиц
Все электроны, имеющие одинаковые свойства (массу, заряд, спин,…) называются тождественными. Тождественные частицы экспериментально различить невозможно.
В зависимости от симметрии ((x) = (x) симметричная, (x) = (x) антисимметричная) все частицы делятся на два класса:
Фермионами называются частицы с полуцелым спином (электроны, протоны, нейтроны и др.), описывающиеся антисимметричными волновыми функциями и подчиняющимися статистике Ферми-Дирака.
Бозонами называются частицы с нулевым или целым спином (мезоны, фотоны и др.), описывающиеся симметричными волновыми функциями и подчиняющиеся статистике Бозе-Эйнштейна.
Принцип Паули (1925 г.)
В системе одинаковых фермионов любые два из них не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Число однотипных бозонов не лимитируется.
Отсюда следует, что в атоме не может существовать двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел. Согласно этому принципу, в каждом квантовом состоянии в атоме может находиться только один электрон. Если данное состояние уже занято, то последующий электрон, входя в состав атома, вынужден занимать другое состояние.
2. Периодическая система элементов Менделеева
Принцип Паули полностью объясняет структуру электронных оболочек атома и периодичность его свойств.
Атом водорода находится в 1s состоянии (n = 1; l = 0; ml = 0; ms = 1/2);
Атом гелия находится в 1s2 состоянии, оба электрона в 1s состоянии, но с антипараллельной ориентацией спина;
Атом лития находится в 1s22s состоянии, третий электрон занимает наинизшее энергетическое состояние с n = 2.
…………………………………………………………………………………….
Период
Z
Эл-т
K
L
M
N
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
I
1
H
1
2
He
2
II
3
Li
2
1
4
Be
2
2
5
B
2
2
1
6
C
2
2
2
7
N
2
2
3
8
O
2
2
4
9
F
2
2
5
10
Ne
2
2
6
III
11
Na
2
2
6
1
12
Mg
2
2
6
2
13
Al
2
2
6
2
1
14
Si
2
2
6
2
2
Молекула – наименьшая частица вещества, состоящая из атомов, соединенных химическими связями и являющаяся носителем основных физических и химических свойств вещества. Химические связи обусловлены взаимодействием внешних (валентных) электронов атомов. Существует 2 типа связи:
ионная, обусловлена кулоновскими силами притяжения (NaCl, KBr и др.);
ковалентная возникает при обобществлении валентных электронов двумя соседними атомами (спины валентных электронов должны быть антипараллельны (Н2, СО и др.),