АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Многоэлектронные атомы. Принцип Паули

Читайте также:
  1. CAC/RCP 1-1969, Rev. 4-2003 «Общие принципы гигиены пищевых продуктов»
  2. Cхема электрическая принципиальная блока ТУ-16. Назначение, принцип действия.
  3. Hарушение юридических принципов
  4. I. ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КПРФ, ПРАВА И ОБЯЗАННОСТИ ПАРТИИ
  5. II. Общие принципы построения и функционирования современных бизнес-структур
  6. o принцип. защиты окружающей среды на благо нынешних и будущих поколений
  7. P-N переход принцип работы полупроводникового диода.
  8. V. Несколько принципиальных соображений
  9. VI. Література періоду принципату
  10. А) співмірності поділу; б) єдиного принципу поділу; в) взаємовиключення членів поділу; г) безперервності поділу.
  11. Административная ответственность как вид административного принуждения. Применение административной ответственности, ее цели, принципы и последствия.
  12. АЙКИДО - ИЗУЧЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРИНЦИПОВ

 

В квантовой механике действует существенно новый принцип (не имеющий аналога в классической механике), относящийся к случаю многоэлектронных атомов. Этот принцип, сформулированный в 1925 году швейцарским физиком В. Паули и получивший название принципа Паули, гласит, что в данный момент времени в определенном квантовом состоянии в атоме может существовать лишь один электрон. Иными словами у каждого электрона в атоме имеется свой набор квантовых чисел n, l, m и sm. В дальнейшем принцип Паули был распространен на любые фермионы и доказан в релятивистской квантовой механике. Работы В. Паули в этом направлении были удостоены Нобелевской премии 1945 года.

Рассмотрим водородоподобный атом. На его наинизшем основном энергетическом уровне могут располагаться только два электрона, поскольку этот уровень двухкратно вырожден:

1s1 - водород H n = 1, l = 0, m = 0, sm = } два состояния 1s2 - гелий He

В принятых атомных обозначениях цифры вверху показывают число электронов в каждом s, p и т.д. состоянии.

1s22s1 - Li 1s22s2 - Be 1s22s22p1 - B 1s22s22p2 - C 1s22s22p3 - N 1s22s22p4 - O 1s22s22p5 - F 1s22s22p6 - Ne
n = 2, l = 0, m = 0, sm = l = 1, m = 0 -8 состояний m = -1 sm = m = +1    

Если n = 2, то имеем 8 возможных квантовых состояний:

Таким образом, состоянию с n=2 отвечают четыре различных пространственных атомных орбиталей с различными наборами орбитальных и магнитных квантовых чисел. С учетом спина в этих состояниях может размещаться восемь электронов — по два на каждую атомную орбиталь. Появляющаяся периодичность заполнения состояний с различными n приводит к возможности систематизации элементов по их физическим и химическим свойствам и созданию так называемой периодической таблицы (периодической системы элементов Д.И. Менделеева).

При заполнении различных квантовых состояний работает принцип “минимизации” энергии. В качестве примера рассмотрим относительное расположение уровней с n=3 и 4s уровня в атоме натрия, рис.6.1.

Рис.6.1

В данном случае 3d-уровень натрия не сгруппирован с 3s и 3p уровнями, а расположен среди уровней с n=4. В третьей строке периодической таблицы (первым стоит Na) уровни 3s и 3p заполняются по принципу, который мы только что рассмотрели. А вот у калия появляется отклонение: его электрон попадает не на уровень 3d, а на 4s1 (меньше энергия). Кальций даст 4s2, а у скандия третий электрон уже располагается на уровне 3d и т.д. Сильное отщепление уровня 3d связано с тем, что у многоэлектронных атомов существует кулоновское и магнитное взаимодействие между электронами, которое вносит заметный вклад в реальные процессы.

Степень вырождения энергетического уровня водородоподобного атома равна 2n2. Так, если n = 3, то число возможных квантовых состояний будет равно 18.

В более сложных, чем водород, атомах, имеющих несколько электронов, полагают, что каждый из электронов движется в усредненном поле ядра и остальных электронов. Это поле уже не будет чисто кулоновским, но обладает центральной симметрией, зависит только от r. Решение уравнения Шредингера для электрона, движущегося в этом поле дает результат, аналогичный результату, полученному для атома водорода, но с тем характерным отличием, что положение энергетического уровня зависит не только от n (главного квантового числа), но и от l (орбитального квантового числа).

Отличие в энергии между состояниями с различными l и одинаковыми n меньше, чем между состояниями с различными n. С увеличением l энергия уровней с одинаковыми n возрастает. Для того, чтобы наблюдать переходы электронов с одного энергетического уровня на другой необходимо выполнение правила отбора .


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |

Поиск по сайту:

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.003 сек.)