Магнитное собственное квантовое число

Таким образом, из квантовой механики следует, что энергия электрона, его орбитальные моменты, проекции орбитальных моментов на внешнее поле — квантуются. Они не могут иметь любые значения, а только те, которые определяются приведенными выше соотношениями. Собственный момент электрона имеет только одно значение, а его проекция на внешнее поле – два значения ± / 2. Часто условно говорят «спин вверх», «спин вниз».

Чтобы представить сложность поведения электрона даже в простейшем атоме Н, на рисунке представлена плотность вероятности для электрона в состоянии с n = 4, l = 2, m = ± 1. Светлые пятна — это области, в которых наиболее вероятно пребывание электрона. Это только плоский срез, в действительности вероятность имеет объемное распределение.

Принцип Паули. Периодическая система элементов.

В 1925 г Паули, исследуя спектры многоэлектронных атомов, открыл фундаментальный закон, которому подчиняются электронные конфигурации атомов, имеющих более одного электрона. Принцип Паули: «Никакие два электрона в атоме не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии, каждый электрон должен иметь свой набор квантовых чисел

n, l, m, ms». Принципу Паули подчиняются не все микрочастицы, а только те, которые имеют полуцелый спин – электрон, протон, нейтрон, нейтрино. Частицы с полуцелым спином называют фермионами (см. дальше). Принцип Паули объясняет, почему электроны в многоэлектронных атомах образуют энергетические оболочки и подоболочки.

Распределение электронов в атомах определяется:

1) принципом Паули и

2) принципом наименьшей энергии [xvii]

Найдем количество электронов, имеющих заданные квантовые числа.

Магнитное собственное квантовое число ms может принимать два значения, поэтому принцип Паули формулируют еще и так: в одном энергетическом состоянии могут находиться два электрона, но с разнонаправленными спинами. Общее число орбитальных квантовых чисел m равно (2l + 1). Количество электронов с одинаковыми n можно найти как алгебраическую сумму

Удобно представить заполнение электронами оболочек и подоболочек

атомов в виде таблицы.

Подобное распределение является идеализированным. Оно было бы таким, если бы каждый электрон в атоме взаимодействовал только с ядром атома. В действительности данный электрон испытывает действие остальных электронов атома. Часто энергетически выгодным оказывается состояние, когда нижняя оболочка заполнена неполностью, а начинает заполняться следующая. Нарушения в заполнении электронных оболочек атомов наблюдаются у № 19 – калий и более тяжелых элементов.

Электронную конфигурацию атомов принято выражать формулой:

Здесь 1, 2, 3,… — главные квантовые числа,

s, p, d,… — буквенные обозначения орбитальных квантовых чисел l, верхние числа – количество электронов с данными n и l . Сумма верхних чисел дает общее количество электронов в данном атоме.