Магнитное и спиновое квантовые числа

В предыдущих пара­графах мы выяснили, что размеры и формы электронных облаков в атоме могут быть не любыми, а только такими, которые соот­ветствуют возможным значениям квантовых чисел n и l. Из урав­нения Шредингера следует, что и ориентация электронного облака в пространстве не может быть произвольной: она определяется зна­чением третьего, так называемого магнитного квантового числа m.

Магнитное квантовое число может принимать любые целочисленные значения, — как положительные, так и отрицательные, — в пределах от + l до — l. Таким образом, для разных значений l число возможных значений m различно. Так, для s -электронов (l = 0) возможно только одно значение m (m = 0); для p -электронов (l = 1) возможны три различных значения m (—1,0, +1); при l = 2 (d -электроны) m может принимать пять различных значений (—2, —1, 0, +1, +2). Вообще, некоторому значению l со­ответствует (2 l + 1) возможных значений магнитного квантового числа, т.е. (2 l + 1) возможных расположений электронного об­лака в пространстве.

Состояние электрона в атоме, характеризующееся определен­ными значениями квантовых чисел n, l и m, т.е. определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве электронного облака, получило название атомной электронной орбитали.

На рис.20 приведены формы и расположение в пространстве электронных облаков, соответствующих 1 s -, 2 p - и З d -орбиталям. Поскольку s -состоянию (l = 0) соответствует единственное значение магнитного квантового числа (m = 0), то любые возможные

Расположения s- электронного облака в пространстве идентичны. Электронные облака, отвечающие p -орбиталям (l = 1), могут ха­рактеризоваться тремя различными значениями m; в соответствии с этим они могут располагаться в пространстве тремя способами (рис.20). При этом три p -электронных облака ориентированы во взаимно перпендикулярных направлениях, которые обычно прини­мают за направления координатных осей (x, y или z); соответствующие состояния электронов принято обозначать, и. Для d- орбиталей (l = 2) возможно уже пять значений магнитного квантового числа и, соответственно, пять различных ориентации d- электронных облаков в пространстве.

Исследования атомных спектров привели к выводу, что, помимо квантовых чисел n, l и m, электрон характеризуется еще одной квантовой величиной, не связанной с движением электрона вокруг ядра, а определяющей его собственное состояние. Это величина получила название спинового квантового числа.

или просто спина, спин обычно обозначают буквой s. Спин электрона может иметь только два значения: или;таким образом, как и в случае остальных квантовых чисел, возможные значения спинового квантового числа различаются на единицу.

Четыре квантовых числа – n, l, m и s – полностью определяют состояние электрона в атоме.

Дата добавления: 2014-10-23