Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням

Каждый электрон в атоме движется в первом приближении в центрально-симметричном некулоновском поле. Состояние электрона в этом случае определяется тремя квантовыми числами: n и m, физический смысл которых был выяснен.

Таким образом, состояние каждого электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами:

Энергия состояния зависит в основном от чисел п и д. Кроме того, имеется слабая зависимость энергии от чисел ml и тs поскольку их значения связаны с взаимной ориентацией моментов, от которой зависит величина взаимодействия между орбитальным и собственным магнитными моментами электрона. За некоторыми исключениями, энергия состояния сильнее возрастает с увеличением числа n, чем с увеличением l. Поэтому, как правило, состояние с большим «обладает, независимо от значения l, большей энергией,

В нормальном (невозбужденном) состоянии атома электроны должны располагаться на самых низких доступных для них энергетических уровнях. Поэтому,казалось бы, в любом атоме в нормальном состоянии все электроны должны находиться в состоянии Is (я — 1, / = 0), а основные термы всех атомов должны быть типа 5-термов (L — Q). Опыт, однако, показывает, что это не так.

Объяснение наблюдаемых типов термов заключается в следующем. Согласно одному из законов квантовой механики, называемому принципом Паули¹), в одном и том же атоме (или в какой-либо квантовой системе) не может быть двух электронов, обладающих одинаковой совокупностью четырех квантовых чисел. Иными словами, в одном и том же состоянии не могут находиться одновременно два электрона.

Данному п соответствуют, как мы уже знаем, п² состояний, отличающихся значениями / и т\ (см. § 69). Квантовое число m_s может принимать два значения: ±7г. Поэтому в состояниях с данным значением п могут находиться в атоме не более 2/г² электронов:

Совокупность электронов, имеющих одинаковые п и /, образует оболс-чку. Совокупность оболочек с одинаковым п образует группу или слой. В соответствии с значением п слоям дают обозначения, заимствованные из спектроскопии рентгеновских лучей:

Подразделение возможных состояний электрона в атоме на оболочки и слои показано в табл. 5, в которой вместо обозначений т_а = ±7г применены символы: fj. Оболочки, как указано в таблице, могут обозначаться двумя способами (например, L\ либо 2s).

Для полностью заполненной оболочки характерно равенство нулю суммарного орбитального и спинового моментов (L = 0; S = 0). Следовательно, момент количества движения такой оболочки равен нулю (У = 0.) Убедимся в этом на примере З^-оболочки. Спины всех десяти электронов, входящих в эту оболочку, попарно компенсируют друг друга, вследствие чего S = 0. Квантовое число проекции результирующего орбитального момента Ml этой оболочки на ось z имеет единственное значение . Следовательно, L также равно нулю.

Таким образом, при определении L и S атома заполненные оболочки можно не принимать во внимание.

№43

Поиск по сайту: