» » Электронная структура атомного ядра
20.01.2015

Положительные заряды атомного ядра уравновешиваются отрицательными зарядами электронов. Если положительно заряженное ядро находится в потенциальной яме, то она наполняется соответствующим количеством отрицательно заряженных электронов. Это позволяет представить, что сначала наполняются энергетически самые благоприятные уровни вблизи ядра — на самой низкой точке потенциальной ямы (рис. 5.2.1), а затем постепенно занимаются более отдаленные — соответственно более высоко расположенные уровни.
Электронная структура атомного ядра

Фактически, однако, электроны не занимают равномерно различные положения друг над другом, как при наполнении потенциальной ямы, а преимущественно занимают совершенно дискретные энергетические уровни. Этот факт хорошо выражен в модели атома Бора — Зоммерфельда, по которой электроны двигаются вокруг ядра по эллипсам Кеплера. Эти траектории считаются при этом пунктами наибольшей вероятности пребывания электронов с соответственно определенно подчиненной энергией. Чем дальше снаружи находятся в этом модели траектории электронов, тем выше энергетический уровень электронов и тем больше там возможных энергетических состояний, т.е. тем больше электронов могут быть приняты траекториями (орбитами). Энергетические состояния, которые могут быть заняты электронами, описываются четырьмя квантовыми числами (см. рис. 5.2.1).
1. Главное квантовое число п указывает главные энергетические уровни электронов в соответствии с траекториями (орбитами) или оболочками на модели оболочки атома (см. рис. 5.2.1, слева). Они характеризуются целыми числами n = 1, 2, 3, 4... Иногда для обозначения применяются заглавные буквы К, L,, М, N. Можно понимать главное квантовое число как большую полуось эллипса траектории (орбиты).
2. Орбитальное квантовое число, или вращательное квантовое число 1, указывает для каждой оболочки число подуровней, которые обусловлены геометрией орбиты. У модели Бора — Зоммерфельда ее можно понять как малую полуось эллипса орбиты, т.е. она выражает угловой момент орбиты. Для l при данном главном квантовом числе n возможны значения: l=0,1,..., n — 1. Орбитальные квантовые состояния обозначаются также s, р, d, f (эти обозначения идут из спектроскопии и означают острый, ведущий, рассеянный, основной) (см. рис. 5.2.1, справа).
3. Магнитное квантовое число m указывает по каждому главному квантовому числу и- внутри определенного орбитального квантового числа дальнейшие энергетические состояния, которые могут приниматься электронами. Вращающийся электрон можно понимать как кольцевой ток, который может занять к направлению внешнего магнитного поля различные ориентировки. Ориентировка указывается всеми значениями из целых чисел между -l и +l. Это значения -l, -(l —1),..., -1,0, +1,..., +(l—1) +l. Каждому l обеспечивается этим самым 2l +1 различных значений магнитного квантового числа.
4. Спиновое квантовое число s характеризует спин электрона, т.е. свой спин. Этим самым являются возможными в пределах различных энергетических уровней два других различных энергетических состояния, которые могут быть заняты электроном. Спин может занимать в данном направлении два значения, которые можно обозначить +1/2 и -1/2.
По принципу Паули только один электрон в каждом случае может занимать квантовое состояние, охарактеризованное четырьмя квантовыми числами n, l m и s. Таким образом, получается для n-оболочки атома соответственно главному квантовому числу n максимальное число электронов 2Σ(2l+1) = 2n2 (рис. 5.2.2).
Электронная структура атомного ядра