ЕГЭ – 2014. Химия. Характеристика состояния электрона в атоме системой квантовых чисел. Главное квантовой число n в значительной степени определяет значение энергии электрона в атоме и размеры электронного облака. Оно принимает положительные целочисленные значения от 1 до бесконечности. С ростом n возрастают размеры электронного облака и энергия электронов. Совокупность электронов, характеризующихся одним и тем же значением главного квантового числа, называют электронным слоем. Второе квантовое число (ℓ), называемое орбитальным (побочным, в иностранной литературе – азимутальным) квантовым числом, характеризует энергию электрона внутри слоя (уровня) и определяет форму электронного облака. Оно принимает положительные целочисленные значения, начиная с нуля, но имеет ограничение: при данном значении главного квантового числа n величина ℓ не может превысить значение (n-1). На практике побочное квантовое число чаще обозначается буквами: ℓ =0,1,2,3,4,…,n-1 s,p,d,f,g… Совокупность электронов в одним и тем же значением побочного квантового числа называют электронной оболочкой (подуровнем). Третье квантовое число (m ℓ), называемое магнитным, определяет ориентацию орбитали в пространстве. Орбиталь же образуется совокупность электронов с одним и тем же значением магнитного квантового числа, её традиционно обозначают клеточкой (квантовая ячейка). При данном значении ℓ, магнитное квантовое число принимает значения: 1,2,3,4,…,L m ℓ =0 -1,-2,-3,-4,…-L Общее число значений составляет(2 ℓ +1). У электронов есть и четвертая квантовая характеристика – спиновое квантовое число mS , отражающее четвертую координату нашего мира – время. Спиновое квантовое число принимает (в единицах атомного мира) лишь два значения: +½и -½. Договоримся считать значение +½больше значения -½и будем обозначать электроны со спином +½стрелочкой ↑, а электроны со спином ½– стрелочкой ↓. Четыре квантовых числа есть полная и однозначная характеристика состояния электрона в атоме. Более того, в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел (Принцип Паули). Это – основной закон мира электронов. Принцип Паули позволяет рассчитать максимальное число электронов в слое, оболочке и на орбитали. Орбиталь характеризуется постоянным значением m ℓ . Это возможно лишь при известном значении ℓ, что в свою очередь требует постоянства значения n. Таким образом, для орбитали изменяется только спиновое квантовое число, отсюда следует, что на орбитали может быть максимально два электрона и они в соответствии с принципом Паули обязательно должны иметь противоположные спины: ↑↓.Если на орбитали находится один электрон, то его состояние регулируется правилом Хунда: суммарный спин электронов оболочки должен быть максимальным. Таким образом, в рамках принятых договоренностей единственный электрон на орбитали имеет спиновое квантовое число +½. Пример 5. Охарактеризовать квантовыми числами все электроны атома азота в основном состоянии. Решение. Атом азота содержит 7 электронов. Учет принципа Паули и правила Хунда приведёт к следующему распределению электронов: № п/п 1 2 3 4 5 6 7 n 1 1 2 2 2 2 2 ℓ 0 0 0 0 1 1 1 mℓ 0 0 0 0 1 0 -1 mS +½ -½ +½ -½ +½ +½ +½ Поскольку энергия электронов не зависит от магнитного квантового числа, то порядок выхода значений mℓ для ℓ=1 (p-оболочка) любой.