Стан електронів в атомі
Стан електронів в атомі описується за допомогою чотирьох квантових чисел: головного, орбітального, магнітного і спінового.
Головне квантове число позначається буквою n. Воно характеризує загальний запас енергії електрона і виражається цілими числами натурального ряду: 1,2,3,4 і т.д. Електрони навколо ядра утворюють шари. Вони називаються квантовими шарами або енергетичними рівнями і мають буквені позначення: K, L, M, N і т.д. Номер шару, в якому знаходиться електрон, дорівнює його головному квантовому числу. Якщо для якогось електрона головне квантове число дорівнює 1, то він знаходиться в першому (найближчому до ядра) енергетичному шарі (K) і володіє мінімальним запасом енергії. Якщо n = 2. електрон знаходиться в другому квантовому шарі (L) і т.д. Енергетичний рівень об'єднує всі електрони з однаковим значенням головного квантового числа.
Кількість квантових шарів в атомі певного елемента залежить від його положення в періодичній системі Д. І. Менделєєва. Воно дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться даний елемент. Хімічні властивості атома залежать від будови його зовнішнього (самого віддаленого від ядра) квантового шару, номер якого також збігається з номером періоду. Для конкретного енергетичного рівня існують підрівні, що визначаються орбітальним квантовим числом.
Орбітальний квантове число позначається буквою l. Воно має стільки значень, яка величина числа «n». Якщо n = 1, то l має тільки одне значення; якщо n = 2, воно має два значення і т.д. Орбітальний квантове число залежить від головного і приймає значення від 0 до (n- 1). Кожному значенню l відповідає свій підрівень в даному квантовому шарі:
n = 1 l = 0; один підрівень;
n = 2 l = 0, 1; два підрівні;
n = 3 l = 0, 1, 2; три підрівні;
n = 4 l = 0, 1, 2, 3; чотири підрівні.
Формально (математично) орбітальне квантове число показує кількість вузлових поверхонь, які проходять через центральну точку атома - ядро. Під вузловий поверхнею розуміють площину, в якій електронна щільність дорівнює нулю. Геометрично орбітальне квантове число визначає форму електронної орбіталі.
Якщо l = 0, через ядро не проходить жодної вузловий поверхні. В цьому випадку електронна орбіталь має сферичної симетрією. Вона називається s орбіталь і має форму кулі (рис. 1).
Якщо при цьому n = 1, вона позначається 1s. якщо n = 2, - 2s і т. д. Ці орбіталі відрізняються радіусом (об'ємом внутрішнього простору) і розподілом електронної щільності. При збільшенні розміру орбиталь стає більш пухкої, дифузійної: 4s-орбіталь більше диффузна, ніж 3s-орбіталь, яка в свою чергу є більш пухкої, ніж 2s- і 1s-орбіталі (рис. 2).
Значення l = 1 показує, що орбиталь має одну вузлову поверхню, тобто через ядро проходить одна площина, в якій електрон перебувати не може. Тоді орбиталь приймає форму об'ємної вісімки (або гантелеобразную форму) і називається p орбіталей (рис. 3).