Квантовые числа. 
Строение атома и химическая связь

Главное квантовое число — n, может принимать целочисленные значения от 1 до ?. Однако невозбужденные атомы известных в настоящее время химических элементов не содержат электроны, для описания которых необходимы значения n > 7.

Состояние электрона, которое характеризуется определенным значением главного квантового числа, называют энергетическим уровнем электрона в атоме. Например, при значении n = 1 электрон находится на первом энергетическом уровне, при n = 2 — на втором.

Главное квантовое число определяет общую энергию электрона на данном уровне. Наименьшей энергией электрон обладает на первом уровне, с увеличением значения n энергия электрона возрастает.

Главное квантовое число отражает также удаленность электрона от ядра и определяет размер электронного облака. Чем больше n, тем дальше от ядра находится в атоме электрон.

Поскольку электронное облако не имеет четко очерченных в пространстве границ, за размеры электронного облака принимаются размеры граничной поверхности, проведенной так, чтобы она включала 90% заряда и массы электрона.

Орбитальное квантовое число — l. При данном значении n орбитальное квантовое число l принимает целочисленные значения от 0 до (n-1).

Состояние электрона, соответствующее определенному значению l, называется энергетическим подуровнем.

То есть, энергетические уровни подразделяются на подуровни.

Число подуровней совпадает с номером уровня.

Например: n = 1 l = 0.

n = 2 l = 0, 1.

n = 3 l = 0, 1, 2.

n = 4 l = 0, 1, 2, 3.

s p d f.

Для численных значений орбитального квантового числа l приняты буквенные обозначения: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3).

Орбитальное квантовое число определяет энергию электрона на подуровне и форму электронного облака.

Магнитное квантовое число — ml. При данном значении l магнитное квантовое число ml может принимать значения всех целых чисел от — l через нуль до +l. Магнитное квантовое число определяет ориентацию электронного облака в пространстве.

Данному значению l соответствует (2l+1) способов расположения электронного облака в пространстве.

s (l = 0) ml = 0 2l+1=1.

p (l = 1) ml = -1, 0,1 2l+1=3.

d (l = 2) ml =-2,-1,0,1,2 2l+1=5.

f (l = 3) ml = -3,-2,-1,0,1,2,3 2l+1=7.

Состояние электрона в атоме, которое характеризуется определенными значениями n, l, ml (т.е. определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве электронного облака), получило название атомной электронной орбитали. Таким образом, в s-состоянии имеется только одна орбиталь, в р-состоянии — три орбитали, в d-состоянии — пять орбиталей, в f-состоянии — семь орбиталей.

Спиновое квантовое число — ms. Изучение тонкой структуры атомных спектров показало, что электроны в атомах отличаются еще одной характеристикой — собственным моментом количества движения, называемым спином. Этот момент порождается особым движением электрона, которое, очень условно, можно описать, как движение вокруг собственной оси. Спин, как и другие характеристики движения микрочастиц, не имеет подлинных механических аналогий и принципиально не может быть связан с какой-либо наглядной моделью.

Вращение электрона вокруг своей оси следует понимать лишь в том смысле, что электрон имеет собственный момент количества движения. Этот собственный момент описывается спиновым квантовым числом. Значение спинового момента количества движения равно ±h/2?, т. е. +? и -? в единицах h/2?. Поэтому спиновое квантовое число может иметь только два значения:

+? (^) и — ?(v).

Полуцелый спин электронов является столь же фундаментальным свойством электронов, как их масса и электрический заряд.

Итак, четыре квантовых числа полностью характеризуют состояние электрона в атоме, и никаких других характеристик, независимых от этих квантовых чисел, быть не может.