Основные или главные квантовые числа. Вольфганг Паули

Почему электроны по-разному располагаются на разных электронных оболочках, чем электроны могут отличаться друг от друга? Казалось бы – все они одинаковые.

На этот вопрос в 1925 г. ответил молодой швейцарский физик ученик Нильса Бора Вольфганг Паули (1900-1958)

Электроны отличаются только состоянием, в котором находятся, пребывая в той или иной атомной оболочке. Для характеристики этих состояний физики ввели так называемые основные или главные квантовые числа.

Представим простую обычную механическую систему: одно, меньшее, тело обращается по замкнутой орбите вокруг другого тела большей массы. Чем характеризуется такая система? Прежде всего — энергией. А чем можно характеризовать орбиту?.. Радиусом и вытянутостью. Можно еще — ориентацией, то есть углом между осью магнитного поля и перпендикуляром к плоскости орбиты.

Лишь одним отличались характеристики электронной орбиты, скажем, от таких же характеристик орбиты Земли вокруг Солнца или Луны вокруг Земли. Характеристики электронных орбит квантовались. То есть они могли меняться скачками, а не непрерывно. Так и получились первые три квантовых числа, характеризующих состояние атома. Следует помнить, что орбиты в данном случае не более чем удобный и знакомый образ, модель, взятая из макромира. Как на самом деле, как выглядят электронные оболочки мы не знаем.

Первое Главное Квантовое Число – характеризует энергию электрона. Оно показывает также среднее расстояние от ядра, на котором проходит электронная орбита. Чем ближе к ядру, тем больше энергия.

Энергия электрона обычно зависит еще и от того, насколько сплюснута его орбита. Это влияние учитывает второе — Орбитальное Квантовое Число или орбитальный момент количества движения. Орбита в виде наиболее вытянутого эллипса имеет наименьший момент импульса.

Третье квантовое число определяет положение или угол плоскости электронной орбиты в магнитном поле.

Четвертое квантовое число было введено Паули. Он назвал его «неклассической двузначностью электрона», поскольку оно могло принимать только два значения +1/2 и -1/2. сначала Паули считал, что наглядно представить себе эту характеристику невозможно. Но вскоре некоторую наглядность она получила вместе с названием «спин», происходящим от английского глагола «to spin», что означает «вращаться». Вертится или не вертится электрон никто не доказал – это было условным названием, важно, что спиновое движение не связанно с перемещением частицы как целого.

Паули пришел к выводу, что в атоме не может существовать двух электронов, характеризующихся одинаковыми квантовыми числами. Это правило, оказавшееся справедливым для всех атомов, назвали «принципом запрета Паули», и физики получили из него множество следствий. Главное же заключалось в том, что именно принцип запрета Паули дал наконец-то последний ключ к окончательному теоретическому объяснению такого фундаментального закона природы, каким является периодический закон элементов, выведенный Д.И.Менделеевым.

Дата добавления: 2014-01-14