О строении электронных оболочек многоэлектронных атомов

Аналитические решения уравнений Шрёдингера и Паули для водородонодобиого иона позволили исчерпывающим образом объяснить наблюдаемые свойства простейшего атома — атома водорода. Однако уже для двухэлектронного атома — атома гелия, соответствующие уравнения не позволяют получить аналитические решения. Но если для гелия уравнение Шрёдингера можно весьма точно решить с помощью численных методов, то по мере роста числа электронов в атоме вычислительные сложности стремительно растут, так что точное исследование в рамках квантовой механики свойств атомов тяжелых элементов представляет собой очень сложную задачу.

Для приближенного описания свойств многоэлектронных атомов были предложены разнообразные модели^[1], самой простой из которых является одноэлектронпое приближение в самосогласованном поле.

В рамках этого приближения предполагается, что каждый электрон может рассматриваться независимо и описываться волновой функцией, зависящей лишь от трех пространственных и одной спиновой переменной. При этом действие всех остальных электронов на данный усредняется, так что считается, что электрон движется в некотором потенциальном сферически симметричном электрическом ноле, но уже не обязательно кулоновском. Операция усреднения должна проводиться одновременно для всех электронов атома, приводя к необходимости определения самосогласованного среднего поля, действующего на каждый электрон. При этом принцип Паули играет определяющую роль, так как состояния всех электронов обязательно должны быть разными. II хотя такая картина заведомо приближенная, она позволяет дать по крайней мере качественное объяснение наблюдаемым свойствам атомов.

• [1] 2оеПриближенный расчет свойств атомов и молекул теперь относится к области квантовой химии — области естествознания, динамично развивающейся благодаря быстрому прогрессу вычислительной техники.