2.4.3 Магнитное квантовое число

Назад Назад Далее Далее


Принцип квантования распространяется не только на энергию электрона в атоме (главное квантовое число) и форму электронного облака (орбитальное квантовое число), но и на то, как это облако может располагаться в пространстве. Направление электронных облаков зависит от магнитного квантового числа \(m_l\).

Магнитное квантовое число может принимать целые значения от \(-l\) до \(+l\):

\(\displaystyle m_l = (-l, ..., -2, -1, 0, 1, 2, ..., +l) \)

Таким образом для каждого квантового числа \(l\) существует \(2l+1\) возможных значений магнитного квантового числа, т.е. возможных ориентаций электронного облака в пространстве.

Например, для s-электронов (для которых орбитальное квантовое число \(l=0\)) может существовать \(2 \cdot 0 + 1 = 1\) значений магнитного квантового числа (\(m_l = 0\))), т.е. возможная одна единственная ориентация электронного облака в пространстве. Это связано с тем, что s-электронные облака имеют сферическую симметрию:

s-орбиталь

В случае p-электронов (\(l=1\)) магнитное квантовое число может принимать \(2 \cdot 1 + 1 = 3\) различных значения (а именно: \(-1\), \(0\) и \(1\)). Поэтому возможно три различных ориентации p-электронных облаков в пространстве, которые обозначают \(\mathrm{p_x}\), \(\mathrm{p_y}\) и \(\mathrm{p_z}\):

\(\mathrm{p_x}\) \(\mathrm{p_y}\) \(\mathrm{p_z}\)
px-орбиталь py-орбиталь pz-орбиталь

Для d-электронов количество возможных ориентаций увеличивается ещё на два (\(2 \cdot 2 + 1\)) и становится равным пяти. Соответствующие ориентации обозначают \(\mathrm{d_{xy}}\), \(\mathrm{d_{xz}}\), \(\mathrm{d_{yz}}\), \(\mathrm{d_{x^2-y^2}}\) и \(\mathrm{d_{z^2}}\):

\(\mathrm{d_{xy}}\) \(\mathrm{d_{xz}}\) \(\mathrm{d_{yz}}\)
dxy-орбиталь dxz-орбиталь dyz-орбиталь
\(\mathrm{d_{x^2-y^2}}\) \(\mathrm{d_{z^2}}\)
dx2-y2-орбиталь dz2-орбиталь

При помощи набора всех трёх квантовых чисел можно однозначно охарактеризовать энергию электрона в атоме. Состояние электрона, которое описывается разрешёнными значениями главного, орбитального и магнитного квантовых чисел называют атомной орбиталью (АО). Чтобы показать расположение по энергии, количество и заполнение атомных орбиталей электронами в атоме атомные орбитали обычно представляют в виде ячеек, которые располагают в порядке возрастания энергии снизу вверх:

Пустые орбитали

Количество ячеек на каждом энергетическом подуровне равно количеству возможных значений (\(2l+1\)) магнитного квантового числа.

Назад Назад Далее Далее