5. Понятие волновой функции. Квантовые числа, их сущность. Понятие энергетического уровня, подуровня, орбитали. Электронное облако и его форма.

Так как электрон обладает волновыми свойствами, поэтому характер его движения в вакууме описывается при помощи волновой функции (Ψ – пси), которая в свою очередь зависит от трех переменных: x,y,z; обладает замечательным свойством: квадрат волновой функции определяет относительную вероятность нахождения электрона в данной точке. С точки зрения квантовой механики электрон может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью. Если бы нам удалось фотографировать электрон через малые промежутки времени, то при наложении этих фотографий мы бы получили картинку, кот называется электронным облаком. Чем плотнее расположены точки, тем больше плотность электронного облака, тем больше значение квадрата волновой функции и тем чаще встречается электрон в этих местах. Электронное облако не имеет четких границ, так как и на большом расстоянии от ядра есть вероятность обнаружить электрон. Поэтому электронным облаком принято называть ту область пространства, которой электрон отдает 90% своего времени. Учитывая волновые свойства электрона, используя два принципа квантовой механики, австрийский физик Шредингер дал математическое описание поведения электрона в вакууме. Но! Если в уравнение Шредингера поставить волновую функцию, описывающую определенное состояние электрона, то решением уравнения Шредингера будет энергия электрона в этом состоянии. Квантовые числа и их сущность. Понятие энергетического уровня, подуровня, орбитали. Электронное облако и его форма. Конкретный вид волновой функции задают с помощью трех величин: n, l, m – квантовые числа. 1. Главное квантовое число. n=1, 2, 3, 4.. Определяет энергию электрона в атоме и его среднюю удаленность от ядра. Чем больше n тем больше энергия электрона. Чем меньше n тем меньше энергия электрона, тем меньше его энергия, тем сильнее он связан с ядром, тем меньше размер электронного облака. Е Е=-А/n^2 (решение уравнение Шредингера для атома водорода) С увеличением n увеличивается E 2.Второе квантовое число. Второе квантовое число называется побочным и обозначается l. При данном n, l принимает следующие значения l=0,1,2,3,..,(n-1)(n значений). Т.е. энергия электрона в атоме зависит не только от n, но и от l. Таким образом, при одном и том же n электрон может характеризоваться различными значениями l. Когда говорят об энергетических подуровнях значение энергии электронов, определяемое данным l. Число значений l при данном n определяет число подуровней уровня. n=1 n=2 n=3 ………….. l=0 l=0,1 l=0,1,2………. Численным значениям l соответствуют буквенные обозначения. l=0,1,2,3……..(0-s,1-p,2-d,3-f……..) Таким образом, побочное квантовое число определяет форму электронного облака. s-сферические, симметричные облака; p-в форме гантелей или восьмерки;d-более сложной формы 3. Третье квантовое число. Третье квантовое число называется магнитным. Обозначается m. При данном l, m принимает следующие значения: m=0, ±1, ±2, … ±l.Итого 2l+1 значений. Магнитное квантовое число определяет ориентацию электронного облака в пространстве, то есть описывает поведение электрона во внешнем магнитном уровне. Волновая функция определенная данным набором квантовых чисел, называется атомной электронной орбиталью. Орбиталь в отличие от орбиты указывает на вероятностный характер описания электрона в атоме. АО-состояние электрона в атоме, характеризуемое значениями квантовых чисел, то есть определенными размерами, формой, расположением в пространстве электронных облаков. Графически атомная орбиталь изображается в виде квантовой ячейки. Число значений m при заданном l определяет число орбиталей в квантовом уровне. 4.Четвертое квантовое число. Четвертое квантовое число - спиновое. Изучение атомных спектров показал, что электрон помимо орбитального момента количества движения обладает еще и собственным моментом количества движения, которое называется – спин. Это потребовало введения четвертого квантового числа которое называется спиновое. Таким образом, для полной характеристики электрона в атоме необходимо введение четырех квантовых чисел. Первые три характеризуют пространственное состояние электрона, четвертое его собственная характеристика.