Основні поняття хімії

Рух електричного заряду (електрона) але замкнутій орбіті викликає поява магнітного полючи. Стан електрона, обумовлений орбітальним магнітним моментом електрона (у результаті його руху по орбіті), характеризується третім квантовим числом — магнітним ml. Це квантове число характеризує орієнтацію орбитали в просторі, виражаючи проекцію орбітального моменту імпульсу на напрямок магнітного полючи.

Відповідно орієнтації орбитали щодо напрямку вектора напруженості зовнішнього магнітного полючи магнітне квантове число ml може приймати значення будь-яких цілих чисел, як позитивних, так і негативних, від -l до +l. включаючи 0, тобто усього (2l + 1) значень. Наприклад, при l = 0 ml = 0; при l = 1 ml = -1, 0, +1; при l = 3, наприклад, магнітне квантове число може мати сімох (2l + 1 = 7) значень: -3, -2, -1, 0, +1, +2,+3.

Таким чином, ml характеризує величину проекції вектора орбітального моменту кількості руху на виділений напрямок. Наприклад, р-орбиталь (“гантель”) у магнітному полі може орієнтуватися в просторі в трьох різних положеннях, тому що у випадку l = 1 магнітне квантове число може мати три значення: -1, 0, +1. Тому електронні хмари витягнуті по координатних осях х, у и z, причому вісь кожного з них перпендикулярна двом іншим.

Для повного пояснення усіх властивостей атома була висунута гіпотеза про наявність в електрона так називаного спина. Спин — це чисто квантова властивість електрона, що не має класичних аналогів. Спин — це власний момент імпульсу електрона, не зв'язаний з рухом у просторі. Для всіх електронів абсолютне значення спина завжди дорівнює s = ½. Проекція спина на вісь z (магнітне спінове число ms) може мати лише два значення: ms = + ½ чи ms = -1/2.

Оскільки спин електронаа s є величиноюою постійноїої, його звичайно не включаютьють у набір квантовихих чисеел, що характеризують рух електродаа в атоміі, і говорять про чотир квантові числа.

Тому що при хімічних реакціях ядра реагуючих атомів залишаються без зміни (за винятком радіоактивних перетворень), те фізичні і хімічні властивості атомів залежать, насамперед, від будівлі електронних оболонок атомів.

4. Принцип Паулі

В атомі не може бути двох електронів, у яких усі чотири квантових числа були б однакові.

Хоча б одне з квантових чисел n, l, ml і ms повинне обов'язково відрізнятися. Так, електрони з однаковими квантовими числами n, l, і ml повинні обов'язково розрізнятися проекцією спина. Тому в атомі можуть бути лише два електрони з однаковими n, l, ml: один ms = + ½, інший ms = -1/2.

Навпроти, якщо проекції спина двох електронів однакові, повинне відрізнятися одне з квантових чисел n, l чи ml.

Знаючи принцип Паули, розглянемо, скільки електронів в атомі може знаходитися на визначеній “орбіті” з головним квантовим числом n. Першій “орбіті” відповідає п = 1. Тоді l = 0, ml = 0 і ms може мати довільні значення: = + ½, чи -1/2. Т. е. при п = 1, таких електронів може бути тільки два.

У загальному випадку при будь-якім заданому значенні n електрони насамперед відрізняються побічним квантовим числом l приймаючим значення від 0 до п - 1. При заданих n і 1 може бути (21 + 1) електронів з різними значеннями магнітного квантового числа ml. Це число повинне бути подвоєне, тому що заданим значенням n, l, і ml відповідають два різних значення проекції спина ms.

Отже, максимальне число електронів з однаковим квантовим числом n виражається сумою

Звідси ясно, чому на першому енергетичному рівні може бути не більше 2 електронів, на другому — 8, на третьому — 18 і т.д.

5. Правило Гунда

При даному значенні l (тобто в межах визначеного подуровня) електрони розташовуються таким образам, щоб сумарний спин був максимальним.

Якщо, наприклад, у трьох р-ячейках атома азоту необхідно розподілити три електрони, то вони будуть розташовуватися кожний в окремому осередку, тобто розміщатися на трьох різних р-орбиталях: