Квантовые числа и электронные состояния в атоме

Квантовые числа. Возможные состояния электронов в атоме характеризуются набором четырех квантовых чисел. Первое из них называют главньш квантовым числом и обозначают символом и. Оно прини.мает значения целых чисел 1, 2, 3, 4 и т. д. Состояние атома с наименьшим количеством энергии называют основным, или невозбужденным. Для атома водорода состояние электрона в этом случае характеризуется значением главного квантового числа, равным 1. Если такой атом поглощает энергию, то главное квантовое число увеличивается и атом переходит в возбужденное состояние со значением главного квантового чис- [c.28]

Особенности химии кремния. Второй типический элемент IV группы — кремний — является типовым аналогом углерода. Как и у углерода, у атома кремния в невозбужденном состоянии на s-орбитали находятся два спаренных электрона, а р-орбитали имеют два иеспаренных электрона. Разница в том, что атом углерода располагает валентными электронами при главном квантовом числе 2, а атом кремния характеризуется таким же числом валентных электронов (4) при и=3. В связи с увеличением числа электронных слоев по сравнению с углеродом у кремния наблюдается рост атомного [c.197]

Так как квантовые числа I, т и не вносят ничего в энергию электронного состояния, то все возможные состояния в данном) радиальном уровне энергетически равны. Это значит, что в спектре будут наблюдаться только единичные линии, такие, как предсказывал Бор. Однако хорошо известно, что в спектре водорода существует тонкая структура, изучение которой было толчком к развитию теории Бора — Зоммерфельда для атома водорода. Очевидно, что простая форма волнового уравнения не вполне адекватно описывает атом водорода, и, таким образом, мы находимся в-положении, лишь немного лучшем того, когда опирались на модель атома Бора. [c.70]

Мы видим, что литий, как и водород, является одновалентным. Следующий атом — Ве (2 = 4) в согласии с принципом Паули характеризуется следующими квантовыми числами (15)"(2з)". В этом основном состоянии валентность бериллия равна нулю. Однако значению п = 2 отвечает не только I = О (электронов), но и / = 1. [c.456]

Состояние электронов в атоме иногда записывают сокраш,енно путем перечисления символов орбиталей в порядке возрастания главного квантового числа и указания с помощью правого верхнего индекса количества электронов в данном орбитальном состоянии. Например, 1з 2з В 15 2з 2р. Такую запись называют электронной конфигурацией элемента. Часто подобные записи сокращают, включая электронную конфигурацию предшествующего рассматриваемому элементу инертного газа, которая записывается в виде его символа, заключенного в квадратные скобки Ь1[Не]25 ВШе]2з 2р. Следует отметить, что две формы представления электронных состояний атомов — энергетические диаграммы и электронные конфигурации — неэквивалентны. Энергетическая диаграмма дает более детальную информацию, чем электронная конфигурация. Так, уже при переходе к следующему элементу — углероду, атом которого имеет 6 электронов, электронной конфигурации основного состояния 5 25 2р могут соответствовать различные электронные состояния, изображаемые энергетическими диаграммами [c.41]

T. e. уровень является n-кратно вырожденным относительно орбитального (азимутального) квантового числа I. Как следует из (6.9), при данных nul для электрона возможно 21 4- I состояний, одинаковых по энергии, но с различными значениями квантового числа W.I (21 + 1 -кратное вырождение относительно т ). При воздействии на атом внешнего магнитного поля возникает так называемое пространственное квантование, проекция углового момента I на ось поля г принимает, согласно (6.6), всего 21 + 1 значений (рис. 2). Каждому положению / отвечает своя энергия, поскольку к энергии Е [c.27]

Кремний. Особенности химии кремния. Второй типический элемент IV группы — кремний — является типовым аналогом углерода. Как и у углерода, у атома кремния в невозбужденном состоянии на 5-орбита/[и находят ся два спаренных электрона, а р-орбитали имеют два неспаренных электрона. Разница в том, что атом углерода располагает валентными электронами при главном квантовом числе 2, а атом кремния характеризуется тем же числом валентных электронов (4) при я = 3. В связи с увеличением числа электронных слоев по сравнению с углеродом у кремния наблюдаются рост атомного радиуса, понижение потенциала ионизации, уменьшение сродства к электрону и ОЭО. Возрастание радиуса ведет к увеличению длины и уменьшению прочности межатомных связей, особенно в гомоатомных соединениях, вследствие чего растет электрическая проводимость и сужается ширина запрещенной зоны. Поэтому углерод в виде алмаза представляет собой изолятор, а кремний — полупроводник. В целом переход от первого типического элемента ко второму свидетельствует о нарастании металличности и ослаблении неметаллических свойств. Однако вследствие наличия большого числа валентных электронов этот переход более плавный, чем в III группе от бора к алюминию. [c.369]

Электронной конфигурацией называется распределение электронов атома по различным квантовым состояниям. Согласно принципу наименьшей энергии электрон, присоединяемый к атому, занимает в нем свободный уровень с наименьшей энергией. Если бы не запрет Паули (см. 5), то все электроны в любом атоме занимали бы уровень 15. Но вследствие запрета Паули число электронов, занимающих данный уровень, строго ограничено. Оба указанных фундаментальных условия составляют принцип построения электронных конфигураций атомов и молекул. [c.36]

Особенности азота. У атома азота на один электрон больше, чем у атома углерода согласно правилу Гунда этот электрон занимает последнюю вакантную 2р-орбиталь. Атом азота в невозбужденном состоянии характеризуется тремя вырожденными 2 -элект-ронами при наличии двух спаренных электронов 25-орбитали. Три неспаренных электрона на 2/7-орбитали ответственны прежде всего за трехковалентность азота. Именно поэтому характеристическим летучим водородным соединением азота является аммиак, в котором атом азота образует три ковалентные связи по обменному механизму с тремя атомами водорода. У азота нет возможности промотирования электронов с переходом в возбужденное состояние, так как ближайшие орбитали при п=3 (3s-, Зр- и Sii-оболочки) слишком высоки по энергии. Затраты энергии на промотирование с изменением главного квантового числа значительно больше, чем выигрыш в энергии за счет образования дополнительных связей. Поэтому максимальная валентность азота равна четырем. При этом три ковалентные связи могут быть образованы по обменному механизму, а одна — по донорно-акцепторному. Однако азот в состоянии однозарядного катиона N+ может образовать все четыре связи по обменному механизму. Азот проявляет разнообразие степеней окисления —3, —2, —1, О, +1, - -2, -ЬЗ, - -4 и +5. Наиболее часто встречаются производные от степеней окисления —3, +5 и +3. [c.246]

Рассмотрим, например, атом водорода Н, В атоме водорода Н имеется один электрон, и спин этого электрона может быть направлен произвольно (т. е. =+ /2 или з=—7г). и электрон находится в -состоянии на первом энергетическом уровне с п=1 (напомним еще раз, что первый энергетический уровень состоит из одного подуровня — 1 , второй энергетический уровень — из вух подуровней — 25 и 2р, третий — из трех подуровней — 35, Зр, Ы и т. д.). Подуровень, в свою очередь, делится на квантовые ячейки (энергетические состояния, определяемые числом возможных значений т,, т. е. 2/+1). Ячейку принято графически изображать прямоугольником, направление спина электрона — стрелками. [c.50]

Аналогично атому углерода атомы таких элементов, как бор, магний, приобретают за счет перехода в возбужденное состояние без изменения главного квантового числа два неспаренных электрона и тем самым возможность образовать три (в случае бора) или две (в случае магния) связи [c.73]

НИЯ уровней, приведенных в табл. 286. Сумма по электронным состояниям и ее производная по температуре вычислялись непосредственным суммированием по уровням энергии на быстродействующей электронной счетной мащине. Расчет проводился с учетом конечного числа электронных состояний атома циркония в соответствии с методикой, изложенной выше (см. стр. 74). Для упрощения расчета максимальное значение главного квантового числа принималось постоянным для всех температур и равным И. Погрешности вычисленных таким образом термодинамических функций циркония при температурах до 3000°К не превышают + 0,005 кал г-атом -град и обусловлены главным образом неточностью принятых в Справочнике физических постоянных. [c.929]

В приложениях для расчета Го используется выражение (4.12), в которое входит введенное Райсом главное квантовое число электрона в рассматриваемом атоме и радиус первой боровской орбиты, равный 0,529 А. Фактор Z представляет собой эффективный положительный заряд комплексного иона, центральный атом которого имеет более низкий потенциал ионизации и, следовательно, находится в более низком валентном состоянии. Величина I определяется как разность между положительной валентностью центрального атома комплексного иона и суммой отрицательных валентностей координированных групп. Таки.м образом, если все координированные группы нейтральны, то [c.86]

Уравнение (33) не отражает влияния побочных квантовых чисел на энергию атома г в его стационарных состояниях. Энергия атома действительно не зависит от побочных квантовых чисел 1шт, если справедливы те допущения, которые были сделаны при выводе уравнения (32). Так как влияние магнитного поля не учитывалось, то энергия атома не зависит от побочного квантового числа т, пока атом находится вне какого-либо. внешнего электромагнитного поля. Кроме того, при выводе уравнения (32) масса электрона т (а равно, и приведенная масса электрона ц) считалась постоянной. Это допущение, как можно показать, не является точным, если принять во внимание теорию [c.122]

Если для простоты рассмотреть сначала атом с одним валентным электроном, характеризуемым квантовыми числами п, I, тг, то градиент поля в свободном атоме, создаваемый этим электроном в направлении углового момента для состояния т.1 = 1, равен [c.105]

В СОСТОЯНИИ с квантовым числом п = 2 атом водорода имеет четыре орбитали с одинаковой энергией, но различной симметрии. Одна из них имеет сферическую симметрию и является 5-орбиталью. Остальные три, называемые р-орбиталями, состоят из двух сферических или продолговатых участков с одной и другой стороны ядра, которые разделены узловой плоскостью, проходящей через ядро. При своем движении электрон равномерно распределен в этой гантели, а в узловой плоскости электронная плотность равна нулю. р-Орбитали направлены в атоме под прямым углом друг к другу по трем осям координат X, у иг, проходящим через ядро. В состоянии с квантовым числом п = 3, помимо 5- и р-орбиталей, появляются орбитали третьего типа, названные /-орбиталями. Одна из них, состоящая из четырех лепестков, разделенных двумя узловыми плоскостями, изображена на рис. 22. -Орбитали также имеют различную ориентацию в атоме. Орбитали четвертого типа — более сложные /-орбитали — появляются только в оболочке с /г = 4. [c.80]

Уравнение (33) не отражает влияния побочных квантовых чисел на энергию атома в его стационарных состояниях. Энергия атома действительно не зависит от побочных квантовых чисел I и т, если справедливы те допущения, которые были сделаны при выводе уравнения (32). Так как влияние магнитного поля не учитывалось, то энергия атома не зависит от побочного квантового числа т, пака атом находится вне какого-либо внешнего электромагнитного поля. Кроме того, при выводе уравнения (32) масса электрона т (а равно и приведенная масса электрона р,) считалась постоянной. Это допущение, как можно показать, не является точным, если принять во внимание теорию относительности. Поэтому, если учесть следствия из теории относительности, то для различных состояний с одним и тем же главным квантовым числом п получается небольшая разница в энергиях, зависящая от значений I, обусловливающая упомянутое на стр. 102 небольшое расщепление спектральных линий атома водорода . Значительно больше квантовое число I влияет на величину е тогда, когда вследствие возмущения кулоновского поля [c.110]

Атом водорода устроен наиболее просто — в поле ядра движется только один электрон. На так называемом одноэлектронном приближений основано описание много-электронного атома. Для полного описания состояния электрона в атоме недостаточно одного только главного квантового числа п, так как состояние электрона в одноэлектронном и многоэлектронном атоме определяется четырьмя квантовыми числами п, I, пг1 и т,. Каждый отдельный набор -квантовых чисел соответствует конкретному пространственному распределению вероятности, т. е. определенной стационарной орбитали. Квантовые числа, как и энергия электрона, могут принимать не любые, а только определенные дискретные (прерывные) квантующиеся значения. Соседние значения квантовых чисел различаются на единицу. Как уже указывалось, п — главное квантовое число — характеризует энергию электрона и размеры атомной орбитали. Оно может принимать целые значения 1, 2, 3, 4, 5, 6 и т. д. до оо. Значение п=1 отвечает уровню с самой низкой энергией (т. е. наибольшей устойчивости электрона в атоме). На этом уровне электроны связаны с ядром наиболее прочно и находятся на наименьшем среднем расстоянии от ядра. [c.13]

Можно было ожидать, что из-за насыщенности спинов валентность бериллия равна нулю. Однако электронные состояния, отвечающие в атоме бериллия главному квантовому числу п=2, не заполнены. Энергия возбуждения электрона из состояния 25 в состояние 2р не столь велика и может быть заимствована из энергии, освобождающейся при образовании химической связи Так возникает возбужденный атом бериллия Ве, т.е Ве (15)2(2з) (2р). Отсюда видно, что Ве имеет ва лентность, равную двум. Такой тип валентности, связан ный с переходом электрона на высшие уровни, называет [c.314]

При заполнении электронных слоев и оболочек атомы подчиняются 1) принципу наименьшей энергии, согласно которому электроны сначала заполняют вакантные орбитали с минимальной энергией 2) принципу Паули 3) правилу Гунда — на вырожденных орбиталях суммарное спиновое число электронов должно быть максимальным. В квантовых ячейках с одинаковой энергией заселение электронами происходит так, чтобы атом имел наибольшее число неспаренных электронов. Это отвечает нормальному состоянию атома (минимум энергии). Рассмотрим связь между электронным строением атомов и положением элементов в короткой 8-клеточной Периодической сис ме (см. форзац). У каждого следующего элемента Периодической системы по сравнению с предыдущим на один электрон больше. Наиболее прост первый период системы, состоящий лишь из двух элементов. У водорода единственный электрон заселяет наинизшую по энергии орбиталь 1 , а у гелия на этой орбитали два электрона с антипарал-лельными спинами. Гелием заканчивается первый период системы и исчерпаны все вариации квантовых чисел при п = I. Таким образом, у атома гелия полностью формируется наиболее близкий к ядру А -слой. [c.40]

Состояние электрона, описываемое побочным квантовым числом I, квантовано в пространстве. Для каждого значения I имеется 2/ 1 энергетически эквивалентных пространственных конфигураций орбиталей, которые описываются магнитным квантовым числом Побочному квантовому числу I = О соответствует одна 5-орбиталь, обладающая шаровой симметрией. Для I = 1 имеются уже три р-орбитали со значениями = —1, О, + 1. Эти орбитали характеризуются равной энергией и в этом отношении полностью эквивалентны, если в атоме отсутствует система осей координат, по которым эти орбитали могли бы быть пространственно ориентированы. Отмечая равноценность трех р-орбиталей, их называют трехкратно вырожденными. Однако, если атом попадает во внешнее электрическое или магнитное поле или же входит в состав молекулы, тем самым задается система координат. Так как по отношению к этой системе отсчета р-орбитали могут ориентироваться различно, то вырождение снимается. Вследствие этого появляется различие в энергиях между состояниями, характеризующимися различными значениями магнитного квантового числа т . Аналогичным образом можно рассмотреть снятие вырождения нескомпенсированных [c.176]

Квантовые числа. Атом — квантовая система, т. е. система микрочастиц, поведение которых описывается законами квантовой механики. Согласно этим законам, энергетическое состояние электрона описывается при помощи четырех квантовых чисел. [c.30]

Итак, сложное движение электрона в атоме полностью описывается четырьмя квантовыми числами п, I, т и При переходе атома из одного состояния в другое меняются значения квантовых чисел, происходит перестройка электронного облака, и атом излучает или поглощает квант энергии — фотон. [c.36]

Следующим по величине заряда ядра Z = 2) является атом гелия. Число электронов 2. Конфигурация 1 5. В нормальном состоянии атома оба электрона находятся в первом квантовом слое. Различаются они один о г другого лишь направлением спина. [c.24]

В многоэлектронных атомах но все электроны эквивалентны. Прежде всего их можно разделить на группы, называемые уровнями оболочками) и сильно различающиеся по энергии. Каждый уровень в состоянии вместить различное, строго определенное число электронов. Уровни обычно обозначаются квантовым числом 1, 2, 3 и т, д, , причем уровень с квантовым числом 1 обладает самой низкой энергией, уровень с квантовым числом 2 — чуть большей энергией и т, д. Многоэлектронный атом можно построить, взяв ядро и заполняя вакантные оболочки электронами из бесконечности (где их энергия равна нулю) приблизительно в таком порядке, в каком заполняется набор выдвижных ящиков, начиная с нижнего. Первые два электрона размещаются на оболочке с самой низкой энергией (п=1), тем самым занимая ее целиком. Далее заполняется вторая оболочка (8 электронов), третья оболочка (18 электронов) и т. д, до тех пор, пока будет добавлено столько электронов, сколько необходимо, чтобы сделать атом электронейтральным. [c.11]

Это значит, что атом бериллия в нормальном состоянии не должен обладать валентностью. Однако возбуждение атома и переход электронов с одной орбитали на другую в пределах одного и - ого же главного квантового числа требует незначительной затраты энергии . Для бериллия перевод его в возбужденное состояние требует всего 259 кДж/моль. [c.94]

На самом деле правильна промежуточная точка зрения атом в молекуле , сохраняя свое ядро и ближайшие к нему электроны все же изменен. Это касается особенно заметно внешних валентных электронов, общих для всей молекулы. При этом не только заряд каждого электрона может распространиться диффузно на весь объем молекулы, но и все состояние электрона, характеризуемое квантовыми числами, становится смешанным электрон оказывается заселяющим не только ту орбиталь, которая упоминается в электронной конфигурации молекул, но и виртуально присутствует в некоей, может быть, иногда и небольшой мере на условно пустых возбужденных позициях. [c.181]

Если сложить полярные диаграммы пяти -состояний, то тоже получится сфера. Отсюда следует, что для атома с одним или двумя электронами (с противоположными спинами) в каждом из пяти состояний при данном значении квантового числа п электронное облако группы из ё или 10 электронов обладает сферической симметрией. о очень важно, потому что если взять атом с группой из 18 электронов (Зз) , (Зр) , (3ii) , то такая группа в целом обладает сферической симметрией, так как каждый электрон в з-со-стоянии и подгруппы (Зр) , (3 ) радиально-симметричны. [c.32]

Так, если в трубке имеются атомы водорода, то регистрируемый гальванометром ток, возникающий благодаря попаданию электронов на пластину, не изменится до тех пор, пока ускоряющий потенциал не достигнет 10,2 В. При такой ускоряющей разности потенциалов электроны при прохождении поля между нитью накаливания н сеткой приобретают за счет поля точно такое количество энергии, которое необходимо, чтобы перевести атом водорода из нормального состояния в первое возбужденное состояние, что связано с изменением квантового числа от п=1 до п=2. При этом наблюдается падение тока в цепи, в которую включена пластина. Напряжение, равное 10,2 В, называется критическим напряжением или критическим потенциалом для атомарного водорода. Можно также наблюдать и другие критические потенциалы, соответствующие другим возбужденным состояниям, причем самый высокий потенциал равен 13,60 В. Это критическое напряжение (13,60 В) соответствует энергии 13,60 эВ, необходимой для полного отделения электрона от атома водорода иными словами, оно соответствует энергии, необходимой для превращения атома нормального во дорода в протон и электрон, т. е. для удаления электрона из него. Напряжение 13,60 В называется потенциалом ионизации атома водорода, а количество энергии 13,60 эВ называется энергией ионизации атома водорода. [c.124]

До сих пор мы рассматривали только атом водорода, где имеется всего один электрон. Было указано, что в самом низком энергетическом состоянии атома водорода электрон находится на первом энергетическом уровне. Этот уровень, характеризуемый значением главного квантового числа п = 1, состоит всего из одного подуровня, и ему соответствует только одна орбиталь. При возбуждении атома электрон переходит на один из более высоких энергетических уровней и может оказаться при этом на орбитали иного типа, имеющей одну из нескольких ориентаций в пространстве. Каждая из таких орбиталей характеризуется определенной комбинацией квантовых чисел п, I тл т. [c.79]

Атом хлора обладает большим числом электронов, чем атом фтора, большим радиусом и вакантными d-орбиталями. Все эти особенности накладывают определенный отпечаток на химию хлора, хотя в общем сходство между хлором н фтором выражено более отчетливо, чем между хлором и бромом. Как и у других галогенов, молекула хлора состоит из двух атомов. Для возбуждения атома хлора и перевода одного из р-электронов в d-состояние с тем же главным квантовым числом 3 Зр —>-Зр М нужна энергия в 860,9 кДж/моль. Таким образом, в отличие от фтора атом хлора может действовать как атом с тремя неспаренными электронами. В таком состоянии атом хлора находится, например, в ковалентном соединении с фтором IF3. [c.195]

В отличие от двух предыдущих расчетных схем метода Ха, использовавших в том или ином варианте ЛКАО-приближение, расчетная процедура метода ССП — Ха — РВ основана на другой физической идее, идущей от теории твердого тела. В методе Ха — РВ каждый атом молекулы рассматривается как отдельный рессеиватель, придающий движущемуся электрону сдвиг фазы г1/( ) (/ — орбитальное квантовое число). Стационарное состояние (молекулярный уровень) определяется из условия того, чтобы после прихода в любую начальную [c.97]

В качестве примера рассмотрим атом водорода, для которого I = /5. В этом случае резонанс неспаренного электрона будет наблюдаться при — а/2 к при + о/2. На рис. 9.26 изображены происходящие при этом переходы. Если о = О, то имеется всего один переход при а, отличном от нуля, имеют место два перехода. Эти переходы отвечают изменению спинового квантового числа электрона (ли = Л 1ДлИ . 1 = 1) при неизменном Ш/ иными словами, переходы между спиновыми состояниями электрона происходят при неизменной ориентации ядер. В нижней части рис. 9.26 приведен спектр ЭПР Расстояние между двумя крайними пиками равно а. Параметр а называется константой сверхтонкого расщепления и измеряется в гауссах. Обычно его значение много меньще [c.168]

Атом галогена обладает одним неспаренным электроном, его суммарный спин 5 — Д и мультиплетность М — 25 I = 2. По Р.— С. внутреннее квантовое число / принимает значения /г и 72, что дает термы Р>/, и Первый принадлежит более устойчивому состоянию с меньшейэнергией, второй—менее устойчивому [c.349]

Атом водорода устроен наиболее просто — в поле ядра движется только один электрон. На так называемом одноэлектронном приближении основано описание многоэлектронного атома. Для полного описания состояния электрона в атоме недостаточно одного только главного квантового числа п, так как состояние электрона в одноэлектронном и многоэлектронном атоме определяется четырьмя квантовыми числами п, I, rtii и т . Каждый отдельный набор квантовых чисел соответствует конкретному пространственному распределению вероятности, т. е. определенной стационарной орбитали. [c.31]

Одноэлектронное приближение к тому же подчас становится достаточно точным при увеличении числа атомов в молекуле, когда конфигурация всей молекулы становится все в большей степени представима в виде отдельных, относительно хорошо локализованных структурных фрагментов. Одноэлектронное приближение часто оказывается достаточно продуктивным и для других задач, в которых поведение отдельных электронов слабо зависит от конкретного распределения других электронов. Например, в сильно возбужденных состояниях возможны такие ситуации, когда один электрон распределен в пространстве достаточно далеко от ядра атома или ядер молекулы, и его поведение определяется лишь средним полем остальных электронов (это так называемые ридберговы состояния атомов и молекул, аналогичные возбужденным состояниям атома водорода с достаточно большим главным квантовым числом, скажем п аЗ). Второй возможный случай - когда атом или молекула находятся в сильном электромагнитном поле, напряженность которого ташва, [c.287]

Формулировка X. п. предполагает, что состояние многоэлектронного атома можно описать, указав т. наз. электронную конфигурацию - набор тех состояний, в к-рых находятся отдельные электроны. В общем случае данной электронной конфигурации отвечает неск. разных энергетич. состояний атома. Каждое из них в силу сферич. симметрии атома можно классифицировать по суммарному орбитальному моменту (квантовое число =0, 1, 2,. .. отвечает соотв. состояниям 5, Р, О-типов), суммарному спину (квантовое число 5) и полному моменту импульса атома как целого (квантовое число 7, к-рое при заданных Ь к 5 меняется огг Ь + 3 д/о й — 5 с шагом 1). Напр., атом С в низших состояниях можно описать электронной конфигурацией ls 2s 2p общее число состояний, отвечающих такой конфигурадии, с учетом вырожден-ности нек-рых уровней равно 15. При ставдартном обозначении символом 7 состояния атома С - 5 о, Рд, P , Р2, Да. [c.324]