Квантово-механическое описание состояния электрона в атоме

1. Главное квантовое число (п) характеризует энергетический уровень и принимает целочисленные значения от 1 до ∞, которые соответствуют номеру энергетического уровня.

Иногда используют буквенные обозначения главного квантового числа, т.е. каждое численное значение п обозначают соответствующей буквой латинского алфавита:

Численные значения
Буквенные значения	K	L	M	N	O

Главное квантовое число определяет энергию электрона и размер электронного облака, т.е. среднее расстояние электрона от ядра. Чем больше п, тем выше энергия электрона, следовательно, минимальная энергия соответствует первому уровню (п = 1).

В Периодической системе элементов максимальному значению главного квантового числа соответствует номер периода.

2. Орбитальное или побочное квантовое число (l) характеризует энергетический подуровень и определяет форму электронного облака; принимает целочисленные значения от 0 до (п – 1). Его значения обычно обозначаются буквами:

l =
	s	p	d	f

Число возможных значений l соответствует числу возможных подуровней на данном уровне, равному номеру уровня (п).

При	n =1	l =0	(1 значение)
	n =2	l =0, 1	(2 значения)
	n =3	l =0, 1, 2	(3 значения)
	n =4	l =0, 1, 2, 3	(4 значения)

Энергия электронов на разных подуровнях одного уровня изменяется в зависимости от l следующим образом: каждому значению l соответствует определенная форма электронного облака: s – сфера, р – объемная восьмерка, d и f – объемная четырехлепестковая розетка или более сложная форма (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2, лист 1 – Электронные облака s -, p - и d -атомных орбиталей

Рисунок 1.2, лист 2 – Электронные облака s -, p - и d -атомных орбиталей

3. Магнитное квантовое число (m_l) характеризует ориентацию электронного облака в магнитном поле; принимает целочисленные значения от – l до +l:
m_l = – l,..., 0,..., +l (всего 2l + 1 значений).

При l = 0 (s-электрон) m_l может принимать только одно значение (для сферического электронного облака возможна только одна ориентация в пространстве).

При l = 1 (р -электрон) т₁ может принимать 3 значения (возможны три ориентации электронного облака в пространстве).

При l = 2 (d -электрон) возможны 5 значений m_l; (разные ориентации в пространстве при несколько изменяющейся форме электронного облака).

При l = 3 (f -электрон) возможны 7 значений m_l (ориентация и форма электронных облаков не сильно отличается от той, что наблюдается у d -электронов).

Электроны, имеющие одинаковые значения п, l и m_l, находятся на одной орбитали. Таким образом, орбиталь – это состояние электрона, характеризующееся определенным набором трех квантовых чисел: п, l и m_l, определяющих размер, форму и ориентацию электронного облака. Число значений, которое может принимать m_l, при данном значении l, равно числу орбиталей на данном подуровне.

4. Спиновое квантовое число (т_s) характеризует собственный момент количества движения (спин) электрона (не связанный с движением вокруг ядра), который в виде нестрогой модели можно считать соответствующим направлению вращения электрона вокруг своей оси. Может принимать два значения: –¹/₂ и +¹/₂, соответствующие двум противоположным направлениям магнитного момента.

Электроны, имеющие одинаковые значения главного, орбитального и магнитного квантовых чисел и отличающиеся только значениями спинового квантового числа, находятся на одной орбитали и образуют одно общее электронное облако. Такие два электрона, имеющие противоположные спины и находящиеся на одной орбитали, называют спаренными. Один электрон на орбитали является неспаренным.