8.9. Принцип дополнительности (н. Бор, 1927 г.)

Принцип дополнительности: получение экспериментальной информации об одних характеристиках микрообъекта, неизбежно связано с потерей информации о некоторых «дополнительных» к ним характеристиках. Принцип обобщает соотношения неопределённостей и отражает объек­тивные свойства квантовых систем, не связанные с существованием наблюдателя, проводящего эксперимент: состояния, в которых взаимно дополнительные величины одновременно имеют точно определённые значения, невозможны вследствие корпускулярно-волнового дуализма материи.

Тема 9. Атом и его электронная структура. Периодическая система химических элементов

9.1. Атом. Строение атома

Атом – наименьший устойчивый носитель химических свойств вещества.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Заряда ядра , где – целое число; – элементарный заряд. В атоме электронов, с общим зарядом . Атом – электрически нейтрален. Точное положение электрона в атоме в конкретный момент времени установить невозможно. Электроны как бы размазаны в пространстве и образуют электронное облако, размер которого пропорционален энергии. Электронная плотность в облаке распределена в виде совокупности нескольких оболочек, которые называются электронными. Устойчивость атомов и распределение электронного заряда объясняют законы квантовой механики.

9.3. Спин

Спин или собственный момент – фундаментальная характеристика, одинаковая для всех частиц одного сорта (как масса или заряд). Спин может принимать только целые или полуцелые значения. Упрощённое понимание спина как собственного момента импульса связано с представлением о микрочастице как о сфере, вращающейся вокруг собственной оси с постоянным моментом импульса.

9.4. Фермионы и бозоны

Частицы, имеющие целый спин, называются бозонами, полуцелый спин – фермионами. Пример. Электрон, протон, нейтрон со спином – фермионы. Фотон со спином – бозон. Фермионы и бозоны по-разному взаимодействуют: фермионы формируют вещество, а бозоны образуют поля-переносчики взаимодействия.

9.5. Квантовые числа, определяющие состояние электрона в атоме

Состояние электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами: главное квантовое число , орбитальное квантовое число , магнитное квантовое число и спиновое квантовое число .

Характеристика электрона в атоме	Энергия	Момент импульса	Проекция момента импульса на любую ось	Проекция спинового момента на любую ось
Квантовое число, определяющее до­пустимые значе­ния	и

9.6. Принципы, определяющие заполнение электронных оболочек в атомах

Распределение электронов в (невозбужденных) атомах по состояниям объясняется принципами: 1) минимума энергии: электрон в атоме водорода расположен на низшем энергетическом уровне; электронное строение любого другого химического элемента повторяет электронное строение элемента с номером, меньшим на 1, а дополнительный электрон находится в состоянии, минимизирующем полную энергию атома; 2) запрета Паули: электроны в атоме находятся в различных состояниях, то есть у любой пары электронов значения хотя бы одного квантового числа различны.