Квантовые числа

Главное квантовое число n определяет энергетические уровни электрона в атоме:

n =1, 2, 3,…

Орбитальное квантовое число l при заданном n принимает значения:

l = 0,1, 2,K, (n −1)

и определяет величину момента импульса (механический орбитальный момент) электрона в атоме:

Магнитное квантовое число m при данном l принимает значения:

m = 0, ±1, ± 2,K, ± l

и определяет величину момента импульса электрона в заданном направлении. Так орбитальный момент импульса электрона может иметь лишь такие ориентации в пространстве, при которых проекция вектора на направление внешнего магнитного поля принимает только квантованные значения, кратные h (пространственное квантование):

Таким образом, вектор может принимать 2 l +1 ориентаций в пространстве. На рисунке приведены возможные ориентации векторов для электронов с l =1 (а) и l = 2 (б).

Соответственно, в магнитном поле уровень с главным квантовым числом n расщепляется на 2 l +1 подуровней — эффект Зеемана.

Расщепление уровней энергии во внешнем электрическом поле называется эффектом Штарка.

В квантовой механике квадрат модуля волновой функции определяет

вероятность обнаружения электрона в единице объема. Вероятность обнаружения электрона в разных частях атома различна. Электрон при своем движении как бы "размазан" по всему объему, образуя электронное облако, плотность (густота) которого характеризует вероятность нахождения электрона в различных точках объема атома.

Квантовые числа n и l характеризуют размер и форму электронного облака, а квантовое число m характеризует ориентацию электронного облака в пространстве. В атомной физике, по аналогии со спектроскопией, состояние электрона, характеризующееся квантовым числом l = 0, называется s −состоянием (электрон в этом состоянии называется s -электроном), l =1 — p -состоянием, l = 2 — d -состоянием, l = 3 — f -состоянием и т.д.

На рисунке показаны графические изображения (полярные диаграммы) плотностей вероятности для s -, p -, d - и f -электронов и соответствующее каждому случаю пространственное квантование — такая ориентация боровских орбит, при которой проекция момента импульса имеет соответствующее значение (например, ± 2h для l = 2, m = 2).