ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Квантовые числа из "Фотохимия" Из регнепия уравнения Шредингера для атома Н получаются естественным образом три параметра. Эти величины, а также еще одна, получающаяся из релятивистской механики Дирака, называются квантовыми числами. Они играют чрезвычайно важную роль в нашем ионимании электронных переходов, ответственных за линейчатые спектры атомов, и представляют основу логического объяснения периодической системы элементов. [c.31] Целое число п в уравнении (2-11) является важнейшим параметром, определяющим энергию уровней атома водорода, и называется главным квантовым числом. Как и в теории Бора, п является положительным целым числом и определяет положение электрона по отнопюнию к ядру. Орбитали с п 1, 2, 3,. .. соответствуют слоям К, Ь, М,. .. в атоме. Другие два квантовых числа, вытекающих из решения уравнения (2-10), связаны с орбитальным моментом количества движения. В согласии с волновой механикой орбитальный момент представляет квантованный вектор и равен [ (/ + 1)]1 -Х X /г/2л, где I — азимутальное квантовое число — может принимать значения О, 1, 2,. . . (и — 1). [c.31] Каждая главная орбиталь, или слой ио терминологии Бора, за исключением слоя с н 1 (и следовательно, I = 0), т. е. К-сноя, содержит оболочки, энергия которых зависит от I. Когда I = О, полный орбитальный момент тоже равен нулю, и эти орбитали сферически симметричны, в то время как при I Ф О орбитали ие илшют сферической симметрии и орбитальный момент атома отличен от нуля. Это приводит к заметному изменению полной энергии атома. [c.31] Магнитное квантовое число может принимать значения I, I — 1), (I — 2). ----0,-1. [c.32] В то время как в теории Бора магнитное квантовое число получается при дополнительном постулировании, оно является естественным результатом при решении уравнения Шредингера. С этой точки зрения mi является фактором, определяющим ориентацию орбитали, или орбитальной волновой функции относительно некоторой конкретной оси, которая может быть выбрана в атоме (например, направление вектора ]/ / (Z + 1) h 2n) или задана направлением внешнего магнитного поля. В рамках механической модели орбитали, имеющие одну и ту же форму, но с разным движением электронов (по и против часовой стрелки), характеризуются одинаковым абсолютным значением mi, но противоположным знаком. [c.32] Орбитали с одним и тем же значением и и Z, но различными mi, одинаковы по энергии в отсутствие внешнего магнитного поля. Такие состояния называют вырожденными. Электрон на 2р-уровне может иметь три состояния с равной энергией, соответствующих mi = 1, О и —1, так что состояние 2р является трижды вырожденным. [c.32] С ядром и орбитальными электронами может взаимодействовать и сильное электрическое поле, что также приводит к расщеплению линий. Этот эффект, называемый явлением Штарка, представляет большую трудность для наблюдения, чем эффект Зеемана, потому что требуется очень сильное электрическое поле порядка 10 в/см, чтобы заметно повлиять на внутриатомное поле между ядром и электроном (около 10 в см для атома водорода в основном состоянии). [c.33] Как уже указывалось, квантовые числа п, I ш lUi получаются естественным образом как параметры из решения уравнения Шредингера. Однако экспериментальные данные показывают, что для объяснения тонкой структуры атомных спектров нужно ввести дополнительные факторы. С помощью спектрографов высокого разрешения найдено, что линии испускания щелочных металлов содержат двойные линии (дублеты), а не одиночные (синглеты), как предсказывает теория. [c.33] Паули (1925) и Гаудсмит и Уленбек (1925) предположили, что электрон, движущийся по своей орбите, одновременно вращаетоя вокруг своей оси. Далее они постулировали, что вклад спина в полный момент системы квантован с разрешенными значениями (й/2я), где 5 —спиновое квантовое число — может быть равно 1/2. Иначе говоря, спин электрона может быть ориентирован только в двух направлениях и с ним связан магнитный момент, [18 = 2в ек14лтп1с) = 2s J,в. Более поздняя теория дала выражение [5 (5 4- 1)] /2 к/2л, а для соответствующего магнитного момента спина-выражение 2 [5 ( + = У 3 магнетонов Бора. [c.35] Интересно, что концепция спинового квантового числа 5 так же, как п, I и ТП1, является естественным результатом релятивистской волновой механики Дирака. [c.35] Тот факт, что четыре квантовых числа не требуют произвольного постулирования, как это имеет место в теории Бора, а получаются из теории, является значительным достижением современной квантовой механики. [c.35] Вернуться к основной статье