Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Кратность вырождения уровней энергии.
Закономерности энергетических состояний атома водорода и водородоподобных атомов, которые следуют из решения уравнения Шредингера, применимы и для других атомов.
а).Квантовое число nхарактеризует полную энергию электрона в атоме и поэтому называется главным квантовым числом. Число п совпадает с главным квантовым числом в теории Бора. Электроны с данным п образуютоболочку.
б). Число l называется орбитальным квантовым числом. Из (13-6) следует, что наибольшему значению lмакс при данном п соответствует lмакс =n-1. Следовательно, при заданном п орбитальное квантовое число может принимать следующие значения:
(13-8)
Состояния электрона, обладающего различными значениями орбитального квантового числа l, в атомной физике принято обозначать и называть следующим образом;
1=0 — s-состояние,
1=1—p-состояние,
1=2 — d-cостояние,
1=3 — f-состояние и т. д. в порядке следования букв латинского алфавита.
Электроны с числом lв данной оболочкеобразуютподоболочку
В). Из решения Уравнения Шредингера для угловой функции следует, что проекция момента импульса на выделенное направление также квантуется, т.е. (- см.13-5), т.е. существует пространственное квантование:
вектор момента импульса электрона может иметь лишь такие ориентации в пространстве, при которых проекция Lz вектора L на направление z внешнего поля принимает квантованные значения, кратные .
Внешнее магнитное поле может создаваться либо внешним источником, либо самими электронами атома.
Число m -магнитное квантовое число,имеющее значения: т=0, ±1, ±2, ±3 . . ., ±l; здесь l - орбитальное квантовое число, определяющее модуль вектора L(см. 13-4). Таким образом, вектор Lможет принимать 2l+1 ориентации в пространстве. На рис. 13-2 приведены возможные ориентации векторов L,для электронов в р- и d- состояниях (l=1 и l=2).
Рис.13-2
Кратность вырождения уровней энергии.
Выше было показано, что каждому уровню с фиксированным главным квантовым числом п соответствует п состояний с разными квантовыми числами l = 0, 1, 2, (n-1). Такое состояние называют вырожденным.