Энергетический подуровень — это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму.
Форма орбиталей и облаков характеризуется побочным (орбитальным) квантовым числом l.
Для орбиталей данного энергетического уровня побочное (орбитальное) квантовое число l принимает значения целых чисел от 0 до п-1.
Орбитали, для которых l = 0, имеют форму шара (сферы) и называются s-орбиталями (условно изображаются в виде окружности, рис. 3).
Орбитали, для которых l =1, имеют форму гантели (объемной восьмерки) и называются р-орбиталями (рис. 4).
Орбитали с большими значениями l имеют более сложную форму и обозначаются так:
l = 2: d-орбитали (четырехлистника);
l = 3: f-орбитали (шестилистника).
Энергия орбиталей (Е), которые находятся на одном энергетическом уровне, но имеют различную форму, неодинакова:
Еs < Еp <Еd < Ef.
Поэтому энергетические уровни состоят из энергетических подуровней.
Значит, орбитали одного подуровня имеют одинаковые значения главного квантового числа (п) и одинаковые значения побочного квантового числа (l).
Энергетический подуровень обозначается так: главное квантовое число записывают арабской цифрой; побочное квантовое число записывают соответствующей латинской буквой (s, p, d, f и т. д.). Например; 1s — s-подуровень первого энергетического уровня (п=1, l= 0); 4d — d-подуровень четвертого энергетического уровня (п = 4, l = 2). Число значений l для каждого уровня равно главному квантовому числу. Поэтому число подуровней на уровне тоже равно главному квантовому числу.
Орбитали одного подуровня отличаются направлением (ориентацией) в пространстве.
3. Магнитное квантовое число m; характеризует направление орбиталей (электронных облаков) в пространстве.
Магнитное квантовое число принимает значения целых чисел от - l через 0 до +l.
Число значений m, определяет число орбиталей на подуровне; например:
s-подуровень: l = 0; m= 0 s-орбиталь (рис. 1).
|
Рис. 1. Форма и направление s-электронной орбитали
р-подуровень:l= 1; ml = - 1, 0, +1.
Все три р-орбитали взаимно перпендикулярны, они направлены вдоль осей пространственных координат, поэтому их часто обозначают как рх-, рy - и рz-орбитали. Такое обозначение указывает пространственную направленность p-орбиталей (рис. 2).
z
z
px py pz
Рис 2. Форма и направление р-электронных орбиталей
Еще более сложные формы имеют d-орбитали (их пять) и f-орбитали (их семь).
Число орбиталей на подуровне равно: 2l + 1.
Графически любая орбиталь изображается в виде клетки (квантовой ячейки): ÿ
s-подуровень: ÿ
р-подуровень:ÿÿÿ
d-подуровень: ÿÿÿÿÿ
f-подуровень: ÿÿÿÿÿÿÿ
Итак, каждая орбиталь и электрон, который находится на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: главным п, побочным l и магнитным ml
Электрон характеризуется еще одним — спиновым квантовым числом.
4. Спиновое квантовое число (спин электрона) ms характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и -1/2.
Электрон со спином +1/2 условно изображают так:; со спином -1/2- ¯.
Принцип Паули гласит:
· В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.
Поэтому на одной орбитали не может быть больше двух электронов; эти два электрона имеют одинаковый набор трех квантовых чисел (п, l, т) и должны отличаться спинами (спиновым квантовым числом ms): ¯(табл. 3).