§ 8. Квантовые числа. Строение электронных оболочек.

Теория Бора не была ни последовательно классической, ни последовательно квантовой теорией. Недостатки теории Бора были устранены путем создания новой квантовой теории, в которой поведение и движение микрочастиц подчиняется своим законам. Это было осуществлено при создании квантовой механики, поэтому теория Бора положило начало развитию квантовой теории строения атома.

В соответствии с этой теорией состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами. Первое их квантовых чисел – главное квантовое число: n =1; 2; 3, … Оно определяет уровни энергии электрона в атоме. Второе квантовое число – орбитальное квантовое число l, которое при данном n может принимать значения 0, 1, 2, ..., n–1 . Это число определяет орбитальный момент импульса электрона относительно ядра. Третье квантовое число – магнитное квантовое число , которое при данном l принимает значения 0; 1; 2,…, l; всего 2l +1 значений. Это число определяет проекции орбитального момента импульса электрона на некоторое произвольно выбранное направление Z. Четвертое квантовое число – спиновое квантовое число m_s. Оно может принимать только два значения и характеризует возможные значения проекции на ось Z спина (собственного механического момента импульса) электрона.

В 1924 г. швейцарский физик Паули сформулировал принцип, согласно которому: в любом атоме не может быть двух электронов, находящихся в двух одинаковых стационарных состояниях, определяемых набором четырех квантовых чисел – главного n; орбитального ; магнитного m и спинового m_s. Принципу Паули, кроме электронов подчиняются другие частицы, имеющие полуцелый спин (в единицах ).

Для электронов в атоме принцип Паули записывается таким образом: или 1, где –число электронов в состоянии, характеризуемом данным набором квантовых чисел. Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, описываемых набором трех квантовых чисел n; и m и отличающихся только ориентацией спинов электронов, равно =2, т.к. m_s принимает два значения, т.е. 1/2. Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, описываемых двумя квантовыми числами n и l: =2(2l+1), т. к. m принимает 2l + 1 значений,

Определим максимальное число электронов с определенным l.

Электроны с l=0 называются s-электронами: = 2(20+1)=2.

Электроны с l=1 называются р-электронами: =2(21+1)=6.

Электроны с l =2 называются d-электронами: =2(2 2+1)=10.

Электроны с l=3 называются f-электронами: 2(23+1)=14 и т.д.

Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, определяемых значением n главного квантового числа = .

Главное квантовое число	Электронная оболочка (слой)	Число электронов в состояниях				Максимальное число электронов
		s ( =0)	p ( =1)	d ( =2)	f ( =3)
1	K	2	–	–	–	2
2	L	2	6	–	–	8
3	M	2	6	10	–	18
4	N	2	6	10	14	32

Электроны, занимающие совокупность состояний с одинаковым значением главного квантового числа n, образуют электронные слои: К-слой при n = 1; L-слой при n = 2; M-слой при n = 3; N-слой при n =4 и т.д. В каждой квантовой оболочке атома электроны распределяются по подоболочкам, соответствующим определенному значению орбитального квантового числа ; в зависимости от электрон находится в подгруппе с символами s, p, d, f и т.д.