2.4.2 Орбитальное квантовое число

Назад Назад Далее Далее


Согласно современным представлениям, электрон, который является микрочастицей, обладает корпускулярно-волновым дуализмом, т.е. проявляет одновременно свойства частицы и волны. В частности, это проявляется в том, что невозможно одновременно определить точное положение электрона в пространстве и его импульс (принцип неопределённости Гейзенберга), поэтому электрон нельзя рассматривать как частицу, движущуюся по определённой траектории вокруг атомного ядра. Вместо этого используют принцип вероятностного распределения. Заключается он в следующем. Используя математический аппарат квантовой механики, можно приблизительно рассчитать, в каких областях вокруг атомного ядра электрон будет появляться чаще, а в каких реже, т.е. получить распределение вероятности нахождения электрона в трёхмерном пространстве вокруг ядра.

В этом случае так же, как и с энергией действует принцип квантования и «электронное облако» вокруг атома может быть только определённых форм, т.е. принимает только некоторые определенные «картины» распределения вероятности.

Графически это можно представить в виде графика функции вероятности обнаружить электрон в трёхмерных координатах, ограничивая объем, в котором электрон находится чаще всего, например, в \(95\ \%\) случаях, например, так:

p-орбиталь

Форма электронного облака определяется орбитальным квантовым числом \(l\), которое может принимать целые значения от нуля до (\(n - 1\)).

\(l = (0, 1, 2, \ldots, n - 1)\)

Таким образом для электрона на первом энергетическом уровне с \(n = 1\) орбитальное квантовое число может принимать только одно значение – ноль. Для электрона на втором уровне с \(n = 2\) орбитальное квантовое число может принимать значения \(0\) или \(1\) и т.д.

Энергия электрона в атоме зависит, в основном, от значения главного квантового числа \(n\), однако в атомах, в которых электронов больше одного она зависит также и от орбитального квантового числа. Поэтому состояния электрона, характеризующиеся различными значениями \(l\) называют энергетическими подуровнями. По историческим причинам для обозначения подуровней используют не сами числовые значения орбитального квантового числа \(0\), \(1\), \(2\), а строчные буквы латинского алфавита (s, p, d, f – первые буквы английских слов «sharp» – резкий, «principal» – главный, «diffuse» – диффузный и «fine» – тонкий):

\(0\) \(1\) \(2\) \(3\) \(4\) \(5\) ...
s p d f g h ...

Принадлежность электрона к определённой электронной оболочке обозначают, записывая номер энергетического уровня и букву, обозначающую подуровень. Например, s-электроны второго энергетического уровня обозначают 2s, d-электроны третьего уровня – 3d.

Как уже было сказано, для первого энергетического уровня в атоме возможно только одно орбитальное квантовое число – \(0\). Поэтому на первом энергетическом уровне могут располагаться только s-электроны, и не может существовать подуровней 1p или 1d. На Втором энергетическом уровне могут находиться только s и p-электроны, но не могут d-электроны, поэтому 2d энергетического уровня не существует и т.д.

\(n\) \(l\)
\(0\) \(1\) \(2\) \(3\) \(4\)
\(5\) s p d f g
\(4\) s p d f
\(3\) s p d
\(2\) s p
\(1\) s

Назад Назад Далее Далее