Pangunahing numero ng quantumP P P

(Physics. Optics. Quantum physics. Structure at pisikal na katangian mga sangkap)

quantum number at pinong istraktura spectra

Pangunahing numero ng quantumP nagsasaad ng bilang ng antas ng enerhiya ng isang electron sa isang atom. Ang halaga ng pangunahing quantum number P= 1 ay tumutugma sa ground state ng electron na may pinakamababang enerhiya. Pangunahing numero ng quantum P naglalarawan lamang ng mga pabilog (Bohr) na orbit. Kung sa...
(Pisikal na pundasyon teorya ng optical at X-ray spectroscopy)

Ang karanasan ni Barnett. Karanasan nina Einstein at de Haas. Karanasan nina Stern at Gerlach. Iikot. Quantum number ng orbital at spin momentum

Alam na ang magnetization ng isang substance sa isang magnetic field ay dahil sa preferential orientation o induction sa isang panlabas na magnetic field ng microscopic molekular na alon na nagmumula sa paggalaw ng mga electron kasama ang closed microscopic orbits sa loob ng bawat molekula (atom). Para sa kalidad...
(Physics. Optics. Quantum physics. Structure at physical properties ng matter)

Quantum-mechanical model ng hydrogen atom (mga resulta ng paglutas ng Schrödinger equation). Quantum number ng hydrogen atom

Ang quantum mechanics, nang hindi kinasasangkutan ng mga postulate ni Bohr, ay ginagawang posible na makakuha ng solusyon sa problema ng mga antas ng enerhiya para sa isang hydrogen atom at isang hydrogen-like system, at para sa higit pa. kumplikadong mga atomo. Isasaalang-alang namin ang isang atom na tulad ng hydrogen na naglalaman ng isang panlabas na elektron. Ang electric field na nilikha ng...
(Physics. Optics. Quantum physics. Structure at physical properties ng matter)

Pangkalahatang katangian ng mga quantum number

Pangunahing numero ng quantum

nnailalarawan ang enerhiya ng isang elektron sa isang atom at ang laki orbital ng elektron. Tumutugma din ito sa bilang ng layer ng elektron kung saan matatagpuan ang elektron. Ang set ng mga electron sa isang atom na may parehong halaga ng pangunahing quantum numberntinawag layer ng elektron ( antas ng enerhiya). n- kumukuha ng mga halaga 1, 2, 3, …, ¥ . Ang mga antas ng enerhiya ay ipinahiwatig sa malalaking letrang Latin:

Ang mga pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga electron na kabilang sa iba't ibang mga sublevel ng isang naibigay na antas ng enerhiya ay sumasalamin gilid (orbital) quantum number l. Mga electron sa isang atom ang parehong mga halaga n at lbumubuo sublevel ng enerhiya(elektron shell). Pinakamataas na bilang ng mga electron sa isang shell N l :

N l = 2(2l + 1). (5.1)

Ang side quantum number ay kumukuha ng mga integer na halaga 0, 1, … ( n- isa). Karaniwan lhindi ipinahiwatig ng mga numero, ngunit sa pamamagitan ng mga titik:

Orbital

- ang espasyo sa paligid ng nucleus, kung saan ang elektron ay malamang na matagpuan.

Gilid (orbital) quantum number lnagpapakilala ng iba't-ibang estado ng enerhiya naka-on ang mga electron ibinigay na antas, ang hugis ng orbital, ang orbital angular momentum ng electron.

Kaya, ang isang elektron, na may mga katangian ng isang particle at isang alon, ay gumagalaw sa paligid ng nucleus, na bumubuo ng isang electron cloud, na ang hugis nito ay nakasalalay sa halaga. l. Kaya kung l= 0, (s-orbital), pagkatapos ay mayroon ang electron cloud spherical symmetry. Sal= 1 (p-orbital) ang electron cloud ay may hugis ng isang dumbbell. d mayroon ang mga orbital magkaibang hugis: dz 2 - dumbbell na matatagpuan sa kahabaan ng Z axis na may torus sa X - Y plane, d x 2 - y 2 - dalawang dumbbells na matatagpuan sa kahabaan ng X at Y axes; dxy, dxz, dyz,- dalawang dumbbells sa 45 o sa kaukulang mga palakol (Larawan 5.1).

kanin. 5.1. E-cloud na mga hugis para sa iba't ibang estado mga electron sa mga atomo

Magnetic na quantum number

m l nailalarawan ang oryentasyon ng orbital sa espasyo, at tinutukoy din ang halaga ng projection ng orbital angular momentum sa Z axis.m l kumukuha ng mga halaga mula sa +l dati - l, kasama ang 0. Kabuuang bilang mga halagam l ay katumbas ng bilang ng mga orbital sa isang binigay na shell ng elektron.

Magnetic spin quantum number MS nailalarawan ang projection ng tamang angular momentum ng electron sa Z axis at kinukuha ang mga halaga +1/2 at -1/2 sa mga yunit h/2p(h ay ang Planck constant).

Prinsipyo (pagbabawal) ni Pauli

Ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang electron na may lahat ng apat na magkaparehong quantum number.

Tinutukoy ng prinsipyo ng Pauli ang maximum na bilang ng mga electron N n , sa electronic layer na may numeron:

N n = 2n 2 . (5.2)

Sa unang layer ng elektron ay maaaring hindi hihigit sa dalawang electron, sa pangalawa - 8, sa pangatlo - 18, atbp.

Pamumuno ni Hund

Ang mga antas ng enerhiya ay pinupunan sa paraang ang kabuuang pag-ikot ay pinakamataas.

Halimbawa, ang tatlong p-electron sa mga orbital ng p-shell ay nakaayos tulad ng sumusunod:

Kaya, ang bawat elektron ay sumasakop sa isang p-orbital.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

. Ilarawan sa pamamagitan ng mga quantum number ang mga electron ng isang carbon atom sa isang hindi nasasabik na estado. Ilahad ang iyong sagot sa anyo ng isang talahanayan.

Desisyon. Electronic formula carbon atom: 1s 2 2s 2 2p 2 . Mayroong dalawang carbon atoms sa unang layer s -electron na may antiparallel spins, kung saann= 1. Para sa dalawang s - mga electron ng pangalawang layern= 2. Ang mga spin ng dalawang p-electron ng pangalawang layer ay magkatulad; para sa kanilaMS = +1/2.

numero ng elektron

Ilarawan sa pamamagitan ng quantum number ang mga panlabas na electron ng oxygen atom sa ground state. Ilahad ang iyong sagot sa anyo ng isang talahanayan.

Desisyon. Ang electronic formula ng oxygen atom ay: 1s 2 2s 2 2p 4 . Ang atom na ito ay may 6 na electron sa panlabas na layer nito. s 2 2p 4 . Ang mga halaga ng kanilang mga quantum number ay ibinibigay sa talahanayan.

numero ng elektron

. Ilarawan sa pamamagitan ng quantum number limang electron sa 4d state . Ilahad ang iyong sagot sa anyo ng isang talahanayan.

Desisyon. Ayon sa panuntunan ni Hund, ang mga electron sa mga quantum cell ay nakaayos tulad ng sumusunod:

Ang mga halaga ng pangunahing, gilid at spin quantum number para sa mga electron ay pareho at pantay n=4, l=2, MS =+1/2. Ang itinuturing na mga electron ay naiiba sa mga halaga ng mga numero ng quantumm l .

numero ng elektron

Kalkulahin ang maximum na bilang ng mga electron sa electron layer na mayn = 4.

Desisyon. Ang maximum na bilang ng mga electron na may ibinigay na halaga ng pangunahing quantum number ay kinakalkula gamit ang formula (5.2). Samakatuwid, maaaring mayroong hindi hihigit sa 32 mga electron sa ikatlong antas ng enerhiya.

Kalkulahin ang maximum na bilang ng mga electron sa electron shell na may l = 3.

Ang maximum na bilang ng mga electron sa shell ay tinutukoy ng expression (5.1). Kaya, ang maximum na bilang ng mga electron sa isang electron shell na may l= 3 ay katumbas ng 14.

Mga gawain para sa malayang solusyon

5.1.Ilarawan sa pamamagitan ng quantum number ang mga electron ng boron atom sa ground state. Ipakita ang iyong sagot sa anyo ng isang talahanayan:

numero ng elektron

numero ng elektron




5.2Ilarawan sa pamamagitan ng mga quantum number d ay ang mga electron ng iron atom sa ground state. Ipakita ang iyong sagot sa anyong tabular:

Ang lokasyon ng 3d electron ng iron atom sa mga orbital:

Ang mga halaga ng mga quantum number ng mga electron na ito ay:

numero ng elektron

Anim na 3d -Ang mga electron ng isang iron atom ay nakaayos sa mga orbital gaya ng sumusunod Ang mga quantum number ng mga electron na ito ay ibinibigay sa talahanayan numero ng elektron




5.3.Ano ang mga posibleng halaga ng magnetic quantum number ml , kung ang orbital quantum numberl = 3?

m l= +3; +2; +1; 0, - 1, - 2, - 3.




5.4.Ilarawan sa pamamagitan ng quantum number ang mga electron sa ikalawang layer ng electron:



Ipakita ang iyong sagot sa anyo ng isang talahanayan:

numero ng elektron

Sagot. Electronic na pagsasaayos 2s 2 2p 5 . Ang pangunahing quantum number para sa lahat ang mga electron ay 2. Para sa mga s-electron l= 0, para sa mga p-electronl= 1. numero ng elektron

Ang modelo ng atom ni Bohr ay isang pagtatangka na ipagkasundo ang mga ideya ng klasikal na pisika sa mga umuusbong na batas ng mundong quantum.

E. Rutherford, 1936: Paano nakaayos ang mga electron sa panlabas na bahagi ng atom? Itinuturing ko ang orihinal na quantum theory ng spectrum ni Bohr bilang isa sa pinaka-rebolusyonaryo na nagawa sa agham; at wala akong alam na ibang teorya na higit na nagtatagumpay. Nasa Manchester siya noon at, matatag na naniniwala istrukturang nuklear ng atom, na naging malinaw sa mga eksperimento sa scattering, sinubukang maunawaan kung paano ayusin ang mga electron upang makuha ang kilalang spectra ng mga atomo. Ang batayan ng kanyang tagumpay ay nakasalalay sa pagpapakilala ng ganap na mga bagong ideya sa teorya. Ipinakilala niya sa aming mga ideya ang ideya ng isang dami ng aksyon, pati na rin ang isang ideya na dayuhan klasikal na pisika, na ang isang electron ay maaaring mag-orbit sa paligid ng nucleus nang hindi naglalabas ng radiation. Nang isulong ang teorya ng istrukturang nuklear ng atom, lubos kong napagtanto na, ayon sa klasikal na teorya, ang mga electron ay dapat mahulog sa nucleus, at si Bohr ay nagpostulate na sa hindi malamang dahilan ay hindi ito nangyayari, at batay sa ang palagay na ito, tulad ng alam mo, nagawa niyang ipaliwanag ang pinagmulan ng spectra. Gamit ang medyo makatwirang pagpapalagay, nalutas niya hakbang-hakbang ang problema ng pag-aayos ng mga electron sa lahat ng mga atomo ng periodic table. Mayroong maraming mga paghihirap dito, dahil ang pamamahagi ay kailangang tumugma sa optical at x-ray spectra mga elemento, ngunit sa huli ay nakapagmungkahi si Bohr ng pag-aayos ng mga electron na may katuturan pana-panahong batas.
Bilang resulta ng karagdagang mga pagpapabuti, higit sa lahat ay ipinakilala ni Bohr mismo, at mga pagbabagong ginawa nina Heisenberg, Schrödinger at Dirac, ang kabuuan teoryang matematika at ang mga ideya ng wave mechanics ay ipinakilala. Maliban sa mga karagdagang pagpipino na ito, itinuturing ko ang mga sinulat ni Bohr bilang pinakamalaking tagumpay kaisipan ng tao.
Upang maunawaan ang kahalagahan ng kanyang gawain, dapat isaalang-alang ng isa ang hindi bababa sa hindi pangkaraniwang kumplikado ng spectra ng mga elemento at isipin na sa loob ng 10 taon ang lahat ng mga pangunahing katangian ng spectra na ito ay naiintindihan at ipinaliwanag, kaya ngayon ang teorya optical spectra napakakumpleto kaya't itinuturing ng marami na ito ay isang naayos na isyu, katulad ng kung paano ito nangyari ilang taon na ang nakalipas nang may tunog.

Sa kalagitnaan ng 1920s, naging malinaw na ang semiklasikal na teorya ni N. Bohr ng atom ay hindi makapagbigay ng sapat na paglalarawan ng mga katangian ng atom. Noong 1925–1926 Sa mga gawa ni W. Heisenberg at E. Schrödinger, isang pangkalahatang diskarte ang binuo para sa paglalarawan ng quantum phenomena - quantum theory.

Ang quantum physics

Paglalarawan ng Katayuan

(x,y,z,p x ,p y ,p z)

Pagbabago ng estado sa paglipas ng panahon

=∂H/∂p, = -∂H/∂t,

mga sukat

x, y, z, p x , p y , p z

ΔхΔp x ~
∆y∆p y ~
∆z∆p z ~

Determinismo

Teorya ng istatistika

|(x,y,z)| 2

Hamiltonian H = p 2 /2m + U(r) = 2 /2m + U(r)

Ang estado ng isang klasikal na particle sa anumang sandali ng oras ay inilalarawan sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga coordinate at momenta nito (x,y,z,p x ,p y ,p z ,t). Alam ang mga halagang ito sa panahong iyon t, posibleng matukoy ang ebolusyon ng sistema sa ilalim ng pagkilos ng mga kilalang pwersa sa lahat ng kasunod na sandali ng panahon. Ang mga coordinate at momenta ng mga particle ay mismong mga dami na maaaring direktang masukat sa eksperimento. Sa quantum physics, ang estado ng isang sistema ay inilalarawan ng wave function na ψ(x, y, z, t). kasi para sa isang quantum particle, imposibleng sabay na tumpak na matukoy ang mga halaga ng mga coordinate at momentum nito, kung gayon walang saysay na pag-usapan ang tungkol sa paggalaw ng particle kasama ang isang tiyak na tilapon, maaari mo lamang matukoy ang posibilidad ng paghahanap ng particle sa isang naibigay na punto sa sa sandaling ito oras, na tinutukoy ng parisukat ng modulus function ng alon W ~ |ψ(x,y,z)| 2.
Ang ebolusyon ng isang quantum system sa nonrelativistic case ay inilalarawan ng isang wave function na nakakatugon sa Schrödinger equation

nasaan ang Hamilton operator (ang operator ng kabuuang enerhiya ng system).
Sa nonrelativistic case − 2 /2m + (r), kung saan t – masa ng butil, ay ang momentum operator, (x,y,z) ay ang potensyal na operator ng enerhiya ng particle. Itakda ang batas ng paggalaw ng butil sa quantum mechanics nangangahulugan ito na matukoy ang halaga ng function ng wave sa bawat sandali ng oras sa bawat punto sa espasyo. AT matatag na estado ang wave function na ψ(x, y, z) ay isang solusyon sa nakatigil na Schrödinger equation ψ = Eψ. Tulad ng bawat konektadong sistema sa quantum physics, ang nucleus ay may discrete spectrum eigenvalues enerhiya.
Estado mula sa ang pinaka-enerhiya ang mga bono ng nucleus, ibig sabihin, na may pinakamababang kabuuang enerhiya E, ay tinatawag na pangunahing. Ang mga estado na may mas mataas na kabuuang enerhiya ay mga nasasabik na estado. Ang pinakamababang estado ng enerhiya ay itinalaga ng isang zero index at ang enerhiya E 0 = 0.

E0 → Mc 2 = (Zm p + Nm n)c 2 − W 0 ;

Ang W 0 ay ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus sa ground state.
Ang mga energies E i (i = 1, 2, ...) ng mga excited na estado ay sinusukat mula sa ground state.

Diagram ng mas mababang antas ng 24 Mg nucleus.

Ang mas mababang antas ng kernel ay discrete. Habang tumataas ang enerhiya ng paggulo, bumababa ang average na distansya sa pagitan ng mga antas.
Ang isang pagtaas sa antas ng density na may pagtaas ng enerhiya ay isang katangian ng pag-aari ng maraming-particle system. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na sa isang pagtaas sa enerhiya ng naturang mga sistema, ang bilang iba't-ibang paraan pamamahagi ng enerhiya sa pagitan ng mga nucleon.
quantum number- integer o fractional na mga numero na tumutukoy sa mga posibleng halaga pisikal na dami nagpapakilala sa isang quantum system - isang atom, isang atomic nucleus. Ang mga quantum number ay sumasalamin sa discreteness (quantization) ng mga pisikal na dami na nagpapakilala sa microsystem. Tinatawag na kumpleto ang isang set ng mga quantum number na kumpleto sa paglalarawan ng isang microsystem. Kaya ang estado ng nucleon sa nucleus ay tinutukoy ng apat na quantum number: ang pangunahing quantum number n (maaaring kumuha ng mga halaga 1, 2, 3, ...), na tumutukoy sa enerhiya E n ng nucleon; orbital quantum number l = 0, 1, 2, …, n, na tumutukoy sa halaga L ang orbital angular momentum ng nucleon (L = ћ 1/2); ang quantum number m ≤ ±l, na tumutukoy sa direksyon ng orbital momentum vector; at ang quantum number m s = ±1/2, na tumutukoy sa direksyon ng nucleon spin vector.

quantum number

n	Pangunahing numero ng quantum: n = 1, 2, … ∞.
j	Ang quantum number ng kabuuang angular momentum. Ang j ay hindi kailanman negatibo at maaaring integer (kabilang ang zero) o kalahating integer depende sa mga katangian ng system na pinag-uusapan. Ang halaga ng kabuuang angular na momentum ng sistema J ay nauugnay sa j sa pamamagitan ng kaugnayan J 2 = ћ 2 j(j+1). = + kung saan at ang orbital at spin angular momentum vectors.
l	Quantum number ng orbital angular momentum. l maaari lamang kumuha ng mga halaga ng integer: l= 0, 1, 2, … ∞, Ang halaga ng orbital angular momentum ng system L ay nauugnay sa l kaugnayan L 2 = ћ 2 l(l+1).
m	Ang projection ng kabuuan, orbital, o spin angular momentum papunta sa isang gustong axis (karaniwan ay ang z-axis) ay katumbas ng mћ. Para sa kabuuang sandali m j = j, j-1, j-2, …, -(j-1), -j. Para sa orbital moment m l = l, l-1, l-2, …, -(l-1), -l. Para sa spin moment ng isang electron, proton, neutron, quark m s = ±1/2
s	Quantum number ng spin angular momentum. s ay maaaring alinman sa integer o kalahating-integer. s ay isang pare-parehong katangian ng particle, na tinutukoy ng mga katangian nito. Ang halaga ng spin moment S ay nauugnay sa s sa pamamagitan ng kaugnayan S 2 = ћ 2 s(s+1)
P	Pagkakaparehas ng spatial. Ito ay katumbas ng alinman sa +1 o -1 at nailalarawan ang pag-uugali ng system kapag salamin repleksyon P=(-1) l .

Kasama ng set na ito ng mga quantum number, ang estado ng nucleon sa nucleus ay maaari ding makilala ng isa pang hanay ng mga quantum number n, l, j, jz . Ang pagpili ng isang hanay ng mga quantum number ay tinutukoy ng kaginhawahan ng paglalarawan ng isang quantum system.
Ang pagkakaroon ng conserved (invariant in time) na mga pisikal na dami para sa isang partikular na sistema ay malapit na nauugnay sa mga katangian ng symmetry ng system na ito. Kaya kung nakahiwalay na sistema ay hindi nagbabago sa panahon ng mga arbitrary na pag-ikot, pagkatapos ay pinapanatili nito ang orbital angular momentum. Ito ang kaso para sa hydrogen atom, kung saan ang electron ay gumagalaw sa spherically symmetric Coulomb na potensyal ng nucleus at samakatuwid ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pare-parehong quantum number. l. Maaaring masira ng panlabas na perturbation ang simetrya ng system, na humahantong sa pagbabago sa mga quantum number mismo. Ang isang photon na hinihigop ng isang hydrogen atom ay maaaring maglipat ng isang elektron sa ibang estado na may iba't ibang mga halaga ng mga numero ng quantum. Ang talahanayan ay naglilista ng ilang quantum number na ginamit upang ilarawan ang atomic at nuclear states.
Bilang karagdagan sa mga quantum number na sumasalamin sa space-time symmetry ng microsystem, mahalagang papel i-play ang tinatawag na internal quantum number ng mga particle. Ang ilan sa mga ito, tulad ng spin at electric charge, ay natipid sa lahat ng pakikipag-ugnayan, ang iba ay hindi natipid sa ilang pakikipag-ugnayan. Kaya ang quantum number strangeness, na napanatili sa malakas at electromagnetic na pakikipag-ugnayan, ay hindi natipid sa mahinang interaksyon, na nagpapakita ng iba't ibang katangian ng mga pakikipag-ugnayang ito.
atomic nucleus sa bawat estado ay nailalarawan sa pamamagitan ng kabuuang angular na momentum. Ang sandaling ito sa natitirang frame ng nucleus ay tinatawag nuclear spin.
Para sa kernel, pagsunod sa mga tuntunin:
a) Ang A ay kahit na J = n (n = 0, 1, 2, 3,...), ibig sabihin, isang integer;
b) Ang A ay kakaiba J = n + 1/2, ibig sabihin, kalahating integer.
Bilang karagdagan, isa pang panuntunan ang naitatag na eksperimento: para sa even-even nuclei sa ground state Jgs = 0. Ito ay nagpapahiwatig ng mutual compensation ng nucleon moments sa ground state ng nucleus – espesyal na ari-arian internucleon interaksyon.
Ang invariance ng system (hamiltonian) na may kinalaman sa spatial reflection - inversion (pagpapalit → -) ay humahantong sa parity conservation law at ang quantum number pagkakapantay-pantay R. Nangangahulugan ito na ang nuclear Hamiltonian ay may kaukulang simetrya. Sa katunayan, ang nucleus ay umiiral dahil sa malakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nucleon. Bilang karagdagan, ang isang mahalagang papel sa nuclei ay nilalaro din ni pakikipag-ugnayan ng electromagnetic. Pareho sa mga ganitong uri ng pakikipag-ugnayan ay invariant sa spatial inversion. Nangangahulugan ito na ang mga estadong nuklear ay dapat na nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na halaga ng parity P, ibig sabihin, maging alinman sa kahit na (P = +1) o kakaiba (P = -1).
Gayunpaman, sa pagitan ng mga nucleon sa nucleus ay mayroon ding non-parity-preserve mahinang pwersa. Ang kinahinatnan nito ay ang isang (karaniwang hindi gaanong mahalaga) na paghahalo ng isang estado na may kabaligtaran na parity ay idinagdag sa estado na may ibinigay na parity. Ang karaniwang halaga ng naturang karumihan sa mga nuclear state ay 10 -6 -10 -7 lamang at sa karamihan ng mga kaso ay maaaring balewalain.
Ang parity ng nucleus P bilang isang sistema ng mga nucleon ay maaaring katawanin bilang produkto ng mga parity ng mga indibidwal na nucleon p i:

P \u003d p 1 p 2 ... p A ,

saka, ang parity ng nucleon p i sa central field ay nakasalalay sa orbital momentum ng nucleon , kung saan ang π i ay ang internal parity ng nucleon, katumbas ng +1. Samakatuwid, ang parity ng isang nucleus sa isang spherically symmetric na estado ay maaaring katawanin bilang produkto ng mga orbital parities ng mga nucleon sa estadong ito:

Ang mga diagram ng antas ng nuklear ay karaniwang nagpapahiwatig ng enerhiya, spin, at parity ng bawat antas. Ang spin ay ipinahiwatig ng isang numero, at ang parity ay ipinahiwatig ng isang plus sign para sa kahit na mga antas at isang minus sign para sa mga kakaibang antas. Ang sign na ito ay inilalagay sa kanan ng tuktok ng numero na nagpapahiwatig ng pag-ikot. Halimbawa, ang simbolo na 1/2 + ay nagpapahiwatig ng pantay na antas na may spin 1/2, at ang simbolo 3 - ay nagsasaad ng kakaibang antas na may spin 3.

Isospin ng atomic nuclei. Ang isa pang katangian ng mga nuclear state ay isospin I. Core (A, Z) ay binubuo ng mga A nucleon at may singil na Ze, na maaaring kinakatawan bilang kabuuan ng mga singil ng nucleon q i , na ipinahayag sa mga tuntunin ng projection ng kanilang mga isospin (I i) 3

ay ang projection ng isospin ng nucleus papunta sa axis 3 ng isospin space.
Kabuuang isospin ng nucleon system A

Ang lahat ng estado ng nucleus ay may halaga ng isospin projection I 3 = (Z - N)/2. Sa isang nucleus na binubuo ng mga A nucleon, na ang bawat isa ay may isospin 1/2, ang mga halaga ng isospin ay posible mula |N - Z|/2 hanggang A/2

|N - Z|/2 ≤ I ≤ A/2.

Ang pinakamababang halaga I = |I 3 |. Pinakamataas na halaga I ay katumbas ng A/2 at tumutugma sa lahat ng i , nakadirekta sa isang direksyon. Eksperimento na itinatag na ang enerhiya ng paggulo ng isang nuclear state ay mas mataas, mas mataas higit na halaga isospin. Samakatuwid, ang isospin ng nucleus sa lupa at mga low-excited na estado ay may pinakamababang halaga

I gs = |I 3 | = |Z - N|/2.

Sinisira ng electromagnetic interaction ang isotropy ng isospin space. Ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng isang sistema ng mga naka-charge na particle ay nagbabago sa panahon ng mga pag-ikot sa isospace, dahil sa panahon ng pag-ikot ang mga singil ng mga particle ay nagbabago at sa nucleus na bahagi ng mga proton ay pumasa sa mga neutron o vice versa. Samakatuwid, ang aktwal na isospin symmetry ay hindi eksakto, ngunit tinatayang.

Potensyal na balon. Para sa paglalarawan konektadong estado particle, ang konsepto ng isang potensyal na balon ay kadalasang ginagamit. Potensyal na balon - isang limitadong rehiyon ng espasyo na may pinababang potensyal na enerhiya ng isang particle. Ang potensyal na balon ay karaniwang tumutugma sa mga puwersa ng pang-akit. Sa lugar ng pagkilos ng mga puwersang ito, ang potensyal ay negatibo, sa labas - zero.

Ang particle energy E ay ang kabuuan ng kinetic energy nito T ≥ 0 at potensyal na enerhiya U (maaaring ito ay parehong positibo at negatibo). Kung ang butil ay nasa loob ng balon, kung gayon ito kinetic energy Ang T 1 ay mas mababa kaysa sa lalim ng balon U 0 , particle energy E 1 = T 1 + U 1 = T 1 - U 0 Sa quantum mechanics, ang enerhiya ng isang particle sa isang nakatali na estado ay maaari lamang tumagal sa ilang mga discrete value, i.e. may mga discrete na antas ng enerhiya. Sa kasong ito, ang pinakamababang (pangunahing) antas ay palaging nasa itaas ng ibaba. potensyal na butas. Sa pagkakasunud-sunod ng magnitude, ang distansya Δ E sa pagitan ng mga antas ng isang particle ng mass m in malalim na butas ang lapad a ay ibinibigay ng
ΔE ≈ ћ 2 / ma 2.
Ang isang halimbawa ng isang potensyal na balon ay ang potensyal na balon ng isang atomic nucleus na may lalim na 40-50 MeV at isang lapad na 10 -13 -10 -12 cm, kung saan iba't ibang antas may mga nucleon na may average na kinetic energy na ≈ 20 MeV.

Sa simpleng halimbawa mga particle sa isang isang-dimensional na walang katapusang hugis-parihaba na balon, mauunawaan ng isa kung paano lumitaw ang isang discrete spectrum ng mga halaga ng enerhiya. Sa klasikal na kaso, ang isang particle, na lumilipat mula sa isang pader patungo sa isa pa, ay tumatagal ng anumang halaga ng enerhiya, depende sa momentum na ipinarating dito. Sa isang quantum system, ang sitwasyon ay sa panimula ay naiiba. Kung ang isang quantum particle ay matatagpuan sa isang limitadong rehiyon ng espasyo, ang spectrum ng enerhiya ay lumalabas na discrete. Isaalang-alang ang kaso kapag ang isang particle ng mass m ay nasa isang one-dimensional na potensyal na balon U(x) ng walang katapusang lalim. Ang potensyal na enerhiya na U ay nakakatugon sa mga sumusunod na kundisyon sa hangganan

Sa ilalim ng mga kondisyong hangganan, ang particle, na nasa loob ng potensyal na balon 0< x < l, не может выйти за ее пределы, т. е.

ψ(x) = 0, x ≤ 0, x ≥ L.

Gamit ang nakatigil na Schrödinger equation para sa rehiyon kung saan ang U = 0,

nakukuha natin ang posisyon at spectrum ng enerhiya ng particle sa loob ng potential well.

Para sa isang walang katapusang one-dimensional na potensyal na balon, mayroon kaming mga sumusunod:

Ang wave function ng isang particle sa isang infinite rectangular well (a), ang square ng modulus ng wave function (b) ay tumutukoy sa posibilidad na makahanap ng particle sa iba't ibang punto sa potential well.

Ang Schrödinger equation ay gumaganap ng parehong papel sa quantum mechanics gaya ng ikalawang batas ni Newton sa classical mechanics.
Ang pinaka-kapansin-pansing katangian ng quantum physics ay naging probabilistikong kalikasan nito.

Ang probabilistikong katangian ng mga prosesong nagaganap sa microcosm ay pangunahing ari-arian microworld.

E. Schrödinger: "Ang karaniwang mga tuntunin sa pag-quantization ay maaaring palitan ng iba pang mga probisyon na hindi na nagpapakilala ng anumang "buong mga numero". Nakukuha ang integridad sa kasong ito sa natural na paraan nang mag-isa, kung paanong ang integer na bilang ng mga buhol ay nakuha nang mag-isa kapag isinasaalang-alang ang isang vibrating string. Ang bagong representasyong ito ay maaaring gawing pangkalahatan at, sa palagay ko, ay malapit na nauugnay sa tunay na katangian ng quantization.
Medyo natural na iugnay ang function na ψ sa ilang oscillatory process sa atom, kung saan ang realidad ng electronic trajectories in kamakailang mga panahon paulit-ulit na tanong. Noong una, gusto ko ring patunayan ang isang bagong pag-unawa sa mga tuntunin sa dami gamit ang ipinahiwatig na medyo malinaw na paraan, ngunit pagkatapos ay mas gusto ko na paraan ng matematika, dahil ginagawang posible na mas mahusay na linawin ang lahat ng mahahalagang aspeto ng isyu. Tila mahalaga sa akin na ang mga tuntunin ng quantum ay hindi na ipinakilala bilang isang misteryoso " integer na kinakailangan”, ngunit tinutukoy ng pangangailangan para sa boundedness at uniqueness ng ilang partikular na spatial function.
Hindi ko itinuturing na posible, hanggang sa mas marami ang matagumpay na kalkulahin sa isang bagong paraan. mapaghamong mga gawain, isaalang-alang nang mas detalyado ang interpretasyon ng ipinakilala oscillatory na proseso. Posible na ang gayong mga kalkulasyon ay hahantong sa isang simpleng pagkakataon sa mga konklusyon ng maginoo na quantum theory. Halimbawa, kapag isinasaalang-alang ang relativistic na problema ng Kepler ayon sa pamamaraan sa itaas, kung kumilos tayo ayon sa mga patakaran na ipinahiwatig sa simula, isang kapansin-pansin na resulta ang nakuha: half-integer quantum number(radial at azimuth)...
Una sa lahat, imposibleng hindi banggitin na ang pangunahing paunang impetus na humantong sa paglitaw ng mga argumento na ipinakita dito ay ang disertasyon ni de Broglie, na naglalaman ng maraming malalim na ideya, pati na rin ang mga pagmumuni-muni sa spatial na pamamahagi ng "phase waves", na, tulad ng ipinakita ni de Broglie, sa bawat oras ay tumutugma sa panaka-nakang o quasi-periodic na paggalaw ng isang elektron, kung ang mga alon lamang na ito ay magkasya sa mga trajectory. integer minsan. Ang pangunahing pagkakaiba mula sa teorya ni de Broglie, na nagsasalita ng isang rectilinearly propagating wave, ay dito na isasaalang-alang natin, kung gagamitin natin ang wave interpretation, standing natural vibrations.

M. Laue: "Ang mga nagawa ng quantum theory ay mabilis na naipon. Ito ay may partikular na kapansin-pansing tagumpay sa paggamit nito sa radioactive decay sa pamamagitan ng paglabas ng mga α-ray. Ayon sa teoryang ito, mayroong "tunnel effect", i.e. pagtagos sa pamamagitan ng potensyal na hadlang ng isang particle, ang enerhiya nito, ayon sa mga kinakailangan klasikal na mekanika, ay hindi sapat upang madaanan ito.
Nagbigay si G. Gamov noong 1928 ng paliwanag tungkol sa paglabas ng mga α-particle, batay dito epekto ng lagusan. Ayon sa teorya ni Gamow, ang atomic nucleus ay napapalibutan ng isang potensyal na hadlang, ngunit ang mga α-particle ay may tiyak na posibilidad na "lalampasan" ito. Empirically natagpuan nina Geiger at Nettol, ang relasyon sa pagitan ng radius ng pagkilos ng isang α-particle at ang kalahating panahon ng pagkabulok ay kasiya-siyang ipinaliwanag batay sa teorya ni Gamow.

Mga istatistika. Prinsipyo ni Pauli. Ang mga katangian ng quantum mechanical system na binubuo ng maraming particle ay tinutukoy ng mga istatistika ng mga particle na ito. Mga klasikong sistema, na binubuo ng magkapareho ngunit nakikilalang mga particle, ay sumusunod sa pamamahagi ng Boltzmann

Sa isang sistema ng mga quantum particle ng parehong uri, ang mga bagong tampok ng pag-uugali ay lilitaw na walang mga analogue sa klasikal na pisika. Hindi tulad ng mga particle sa klasikal na pisika, ang mga quantum particle ay hindi lamang pareho, ngunit hindi rin makikilala - magkapareho. Ang isa sa mga dahilan ay na sa quantum mechanics, ang mga particle ay inilarawan gamit ang mga function ng wave, na nagpapahintulot sa isa na kalkulahin lamang ang posibilidad na makahanap ng isang particle sa anumang punto sa espasyo. Kung ang mga pag-andar ng alon ng ilang magkaparehong mga particle ay magkakapatong, imposibleng matukoy kung alin sa mga particle ang nasa isang naibigay na punto. Dahil ang parisukat lamang ng modulus ng wave function ay may pisikal na kahulugan, ito ay sumusunod mula sa particle identity principle na kapag ang dalawang magkaparehong particle ay ipinagpalit, ang wave function ay nagbabago ng sign ( antisymmetric na estado), o hindi nagbabago ng sign ( simetriko estado).
Ang mga function ng simetriko wave ay naglalarawan ng mga particle na may integer spin - boson (pions, photon, alpha particle ...). Ang mga Boson ay sumusunod sa mga istatistika ng Bose-Einstein

Sa isa estado ng quantum maaaring magkaroon ng walang limitasyong bilang ng magkakaparehong boson sa parehong oras.
Ang mga antisymmetric wave function ay naglalarawan ng mga particle na may half-integer spin - mga fermion (proton, neutron, electron, neutrino). Ang mga fermion ay sumusunod sa mga istatistika ng Fermi-Dirac

Ang relasyon sa pagitan ng simetrya ng wave function at spin ay unang itinuro ni W. Pauli.

Para sa mga fermion, ang prinsipyo ng Pauli ay wasto - dalawang magkaparehong fermion ay hindi maaaring magkasabay na nasa parehong quantum state.

Tinutukoy ng prinsipyo ng Pauli ang istraktura mga shell ng elektron atoms, ang pagpuno ng mga estado ng nucleon sa nuclei, at iba pang mga tampok ng pag-uugali ng mga quantum system.
Sa paglikha ng proton-neutron na modelo ng atomic nucleus, ang unang yugto ng pag-unlad ay maaaring ituring na natapos. nuclear physics, kung saan itinatag ang mga pangunahing katotohanan ng istruktura ng atomic nucleus. Ang unang yugto ay nagsimula sa pangunahing konsepto ng Democritus tungkol sa pagkakaroon ng mga atomo - hindi mahahati na mga particle ng bagay. Ang pagtatatag ng pana-panahong batas ni Mendeleev ay naging posible na i-systematize ang mga atomo at itinaas ang tanong ng mga dahilan na pinagbabatayan ng sistematikong ito. Ang pagtuklas ng mga electron noong 1897 ni J. J. Thomson ay nagwasak sa konsepto ng indivisibility ng mga atomo. Ayon sa modelong Thomson, ang mga electron ay mga sangkap na bumubuo lahat ng mga atomo. Ang pagtuklas ni A. Becquerel noong 1896 ng phenomenon ng uranium radioactivity at ang kasunod na pagtuklas ng radioactivity ng thorium, polonium at radium ni P. Curie at M. Sklodowska-Curie ay nagpakita sa unang pagkakataon na ang mga elemento ng kemikal ay hindi walang hanggang mga pormasyon, maaari silang kusang mabulok, maging iba pang mga elemento ng kemikal. Noong 1899, natuklasan ni E. Rutherford na ang mga atomo bilang isang resulta radioactive decay maaaring maglabas mula sa kanilang komposisyon α-particle - ionized helium atoms at electron. Noong 1911, si E. Rutherford, na nag-generalize ng mga resulta ng eksperimento nina Geiger at Marsden, ay bumuo ng isang planetaryong modelo ng atom. Ayon sa modelong ito, ang mga atom ay binubuo ng isang positibong sisingilin na atomic nucleus na may radius na ~10 -12 cm, kung saan ang buong masa ng atom at mga negatibong electron na umiikot sa paligid nito ay puro. Ang laki ng mga electron shell ng isang atom ay ~10 -8 cm. Noong 1913, binuo ni N. Bohr ang ideya modelo ng planeta atom batay sa quantum theory. Noong 1919, pinatunayan ni E. Rutherford na ang mga proton ay bahagi ng atomic nucleus. Noong 1932, natuklasan ni J. Chadwick ang neutron at ipinakita na ang mga neutron ay bahagi ng atomic nucleus. Ang paglikha noong 1932 nina D. Ivanenko at W. Heisenberg ng proton-neutron na modelo ng atomic nucleus ay nakumpleto ang unang yugto sa pagbuo ng nuclear physics. Ang lahat ng mga bumubuo ng elemento ng atom at ang atomic nucleus ay naitatag.

1869 Pana-panahong sistema ng mga elemento D.I. Mendeleev

Sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, ang mga chemist ay nakaipon ng malawak na impormasyon sa pag-uugali ng mga elemento ng kemikal sa iba't ibang mga reaksiyong kemikal. Napag-alaman na ang ilang mga kumbinasyon lamang ng mga elemento ng kemikal ay bumubuo ng isang partikular na sangkap. Ang ilang mga elemento ng kemikal ay natagpuan na may halos parehong mga katangian habang ang kanilang mga atomic na timbang ay malaki ang pagkakaiba-iba. Sinuri ni D. I. Mendeleev ang ugnayan sa pagitan ng mga katangian ng kemikal elemento at ang kanilang atomic na timbang at ipinakita na ang mga kemikal na katangian ng mga elemento ay nakaayos sa pagtaas mga timbang ng atom ay paulit-ulit. Ito ang nagsilbing batayan para sa periodic system ng mga elemento na kanyang nilikha. Sa pag-compile ng talahanayan, nalaman ni Mendeleev na ang mga atomic na timbang ng ilang mga elemento ng kemikal ay nahulog mula sa regular na nakuha niya, at itinuro na ang mga atomic na timbang ng mga elementong ito ay hindi tumpak na natukoy. Nang maglaon, ang mga tumpak na eksperimento ay nagpakita na ang orihinal na tinukoy na mga timbang ay talagang hindi tama at ang mga bagong resulta ay tumutugma sa mga hula ni Mendeleev. Iniwan ang ilang mga lugar na blangko sa talahanayan, itinuro ni Mendeleev na dapat mayroong bago ngunit hindi pa natuklasang mga elemento ng kemikal at hinulaan ang kanilang mga katangian ng kemikal. Kaya, ang gallium (Z = 31), scandium (Z = 21) at germanium (Z = 32) ay hinulaang at pagkatapos ay natuklasan. Iniwan ni Mendeleev ang gawain ng pagpapaliwanag sa kanyang mga inapo mga pana-panahong katangian mga elemento ng kemikal. Ang teoretikal na paliwanag ng periodic system ng mga elemento ni Mendeleev, na ibinigay ni N. Bohr noong 1922, ay isa sa matibay na ebidensya ang kawastuhan ng umuusbong na quantum theory.

atomic nucleus at panaka-nakang sistema mga elemento

Ang batayan para sa matagumpay na pagtatayo ng pana-panahong sistema ng mga elemento nina Mendeleev at Logar Meyer ay ang ideya na ang atomic na timbang ay maaaring magsilbi bilang isang angkop na pare-pareho para sa sistematikong pag-uuri mga elemento. Ang modernong atomic theory, gayunpaman, ay nilapitan ang interpretasyon ng periodic system nang hindi umaantig sa atomic weight. Ang numero ng lugar ng anumang elemento sa sistemang ito at sa parehong oras ang mga kemikal na katangian nito ay natatanging tinutukoy positibong singil atomic nucleus, o, ano ang pareho, ang bilang ng mga negatibong electron na matatagpuan sa paligid nito. Ang masa at istraktura ng atomic nucleus ay walang bahagi dito; kaya, sa kasalukuyang panahon, alam natin na may mga elemento, o sa halip, mga uri ng mga atomo, na, na may parehong bilang at pagkakaayos, mga panlabas na electron ay may makabuluhang iba't ibang mga atomic na timbang. Ang mga nasabing elemento ay tinatawag na isotopes. Kaya, halimbawa, sa isang kalawakan ng zinc isotopes, ang atomic na timbang ay ipinamamahagi mula 112 hanggang 124. Sa kabaligtaran, may mga elemento na may makabuluhang magkakaibang mga katangian ng kemikal na nagpapakita ng parehong atomic na timbang; sila ay tinatawag na isobars. Ang isang halimbawa ay ang atomic weight na 124 na natagpuan para sa zinc, tellurium at xenon.
Para sa pagtukoy elemento ng kemikal sapat na ang isang pare-pareho, ibig sabihin, ang bilang ng mga negatibong electron na matatagpuan sa paligid ng nucleus, dahil lahat mga proseso ng kemikal dumaloy sa mga electron na ito.
Bilang ng mga proton n 2 , na matatagpuan sa atomic nucleus, tinutukoy ang positibong singil nito Z, at sa gayon ang bilang ng mga panlabas na electron na tumutukoy sa mga kemikal na katangian ng elementong ito; ilang bilang ng mga neutron n 1 nakapaloob sa parehong core, sa kabuuan na may n 2 nagbibigay ng atomic weight nito
A=n 1 +n 2 . Sa kabaligtaran, ang serial number Z ay nagbibigay ng bilang ng mga proton na nakapaloob sa atomic nucleus, at ang pagkakaiba sa pagitan ng atomic weight at ang nuclear charge A - Z ay nagbibigay ng bilang ng mga nuclear neutron.
Sa pagtuklas ng neutron, ang periodic system ay nakatanggap ng ilang muling pagdadagdag sa rehiyon ng maliliit na serial number, dahil ang neutron ay maaaring ituring na isang elemento na may ordinal na numero, sero. Sa rehiyon ng mataas na ordinal na mga numero, lalo na mula Z = 84 hanggang Z = 92, lahat ng atomic nuclei ay hindi matatag, kusang radioactive; samakatuwid, maaari itong ipagpalagay na ang isang atom na may nuclear charge na mas mataas pa kaysa sa uranium, kung ito ay makukuha lamang, ay dapat ding hindi matatag. Si Fermi at ang kanyang mga katuwang ay nag-ulat kamakailan sa kanilang mga eksperimento, kung saan, nang ang uranium ay binomba ng mga neutron, ang hitsura ng radioactive na elemento kasama serial number 93 o 94. Ito ay lubos na posible na ang periodic system ay may pagpapatuloy din sa lugar na ito. Ito ay nananatili lamang upang idagdag na ang mapanlikhang pananaw ni Mendeleev ay naglaan para sa balangkas ng periodic system nang napakalawak na ang bawat bagong pagtuklas, na natitira sa saklaw nito, ay higit na nagpapalakas dito.

Ang wave function na isang solusyon sa Schrödinger equation ay tinatawag orbital. Upang malutas ang equation na ito, tatlong quantum number ang ipinakilala ( n, l at m l )

Pangunahing numero ng quantumn. tinutukoy nito ang enerhiya ng elektron at ang laki ng mga ulap ng elektron. Ang enerhiya ng isang electron ay pangunahing nakasalalay sa distansya ng elektron mula sa nucleus: mas malapit ang elektron sa nucleus, mas mababa ang enerhiya nito. Samakatuwid, maaari naming sabihin na ang pangunahing quantum number n matukoy-

ay ang lokasyon ng isang electron sa isang partikular na antas ng enerhiya. Ang pangunahing quantum number ay may mga halaga ng isang serye ng mga integer mula sa 1 dati ∞ . Gamit ang halaga ng principal quantum number na katumbas ng 1 (n = 1 ), ang elektron ay nasa unang antas ng enerhiya, na matatagpuan sa pinakamababang posibleng distansya mula sa nucleus. Ang kabuuang enerhiya ng naturang elektron ay ang pinakamaliit.

Ang elektron sa antas ng enerhiya na pinakamalayo mula sa nucleus ay may pinakamataas na enerhiya. Samakatuwid, kapag ang isang elektron ay lumipat mula sa isang mas malayong antas ng enerhiya patungo sa isang mas malapit, ang enerhiya ay pinakawalan. Ang mga antas ng enerhiya ay ipinahiwatig sa malalaking titik ayon sa pamamaraan:

Ibig sabihin n…. 1 2 3 4 5

Pagtatalaga K L M N Q

Orbital quantum numberl . Ayon sa mga kalkulasyon ng quantum mechanical, ang mga ulap ng elektron ay naiiba hindi lamang sa laki, kundi pati na rin sa hugis. Ang hugis ng electron cloud ay nailalarawan sa pamamagitan ng orbital o side quantum number. Ang iba't ibang anyo ng mga ulap ng elektron ay nagdudulot ng pagbabago sa enerhiya ng isang elektron sa loob ng parehong antas ng enerhiya, i.e. ang paghahati nito sa mga sublevel ng enerhiya. Ang bawat hugis ng electron cloud ay tumutugma tiyak na halaga mekanikal na sandali ng paggalaw ng elektron  , tinutukoy ng orbital quantum number:

Ang isang tiyak na anyo ng electron cloud ay tumutugma sa isang mahusay na tinukoy na halaga ng orbital angular momentum ng momentum ng electron.  . Bilang  maaari lamang kumuha ng mga discrete value na ibinigay ng quantum number l, kung gayon ang mga hugis ng mga ulap ng elektron ay hindi maaaring maging arbitrary: bawat posibleng halaga l tumutugma sa isang mahusay na tinukoy na anyo ng ulap ng elektron.

kanin. 5. Graphical na interpretasyon ng sandali ng paggalaw ng elektron, kung saan μ - orbital angular momentum

galaw ng elektron

Ang orbital quantum number ay maaaring kumuha ng mga halaga mula sa 0 dati n - 1 , Kabuuan n– mga halaga.

Ang mga sublevel ng enerhiya ay minarkahan ng mga titik:

Ibig sabihin l 0 1 2 3 4

Pagtatalaga s p d f g

Magnetic na quantum numberm l . Ito ay sumusunod mula sa solusyon ng Schrödinger equation na ang mga electron cloud ay nakatuon sa isang tiyak na paraan sa espasyo. Ang spatial na oryentasyon ng mga ulap ng elektron ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang magnetic quantum number.

Ang magnetic quantum number ay maaaring kumuha ng anumang mga integer na halaga, parehong positibo at negatibo, mula sa - l sa + l, at sa kabuuan ay maaaring tumagal ang bilang na ito (2l+1) mga halaga para sa isang naibigay l, kabilang ang zero. Halimbawa, kung l = 1, pagkatapos ay mayroong tatlong posibleng mga halaga m (–1,0,+1) sandali ng orbital  , ay isang vector na ang magnitude ay binibilang at tinutukoy ng halaga l. Ito ay sumusunod mula sa Schrödinger equation na hindi lamang ang dami µ , ngunit ang direksyon ng vector na ito, na nagpapakilala sa spatial na oryentasyon ng electron cloud, ay binibilang. Ang bawat direksyon ng vector na ibinigay

ang haba ay tumutugma sa isang tiyak na halaga ng projection nito sa axis z nagpapakilala ng ilang direksyon ng panlabas na magnetic field. Nailalarawan ang halaga ng projection na ito m l .

Pag-ikot ng isang elektron. Ang pag-aaral ng atomic spectra ay nagpakita na ang tatlong quantum number n, l at m l ay hindi isang kumpletong paglalarawan ng pag-uugali ng mga electron sa mga atomo. Sa pag-unlad ng mga pamamaraan ng spectral na pananaliksik at isang pagtaas sa resolusyon ng mga instrumento ng parang multo, natuklasan ang isang mahusay na istraktura ng spectra. Nahati pala ang mga parang multo na linya. Upang ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, ipinakilala ang ikaapat na quantum number, na nauugnay sa pag-uugali ng elektron mismo. Tinawag ang quantum number na ito pabalik kasama ang pagtatalaga m s at kumukuha lamang ng dalawang halaga +½ at –½ depende sa isa sa dalawang posibleng oryentasyon ng electron spin sa isang magnetic field. Ang positibo at negatibong mga halaga ng isang spin ay nauugnay sa direksyon nito. Sa abot ng paikutin dami ng vector, pagkatapos ito ay karaniwang tinutukoy ng isang arrow na tumuturo pataas o pababa ↓. Ang mga electron na may parehong direksyon ng pag-ikot ay tinatawag parallel, na may magkasalungat na halaga ng mga spin - antiparallel.

Ang pagkakaroon ng spin sa isang electron ay napatunayang eksperimento noong 1921 nina W. Gerlach at O. Stern, na nagawang hatiin ang isang sinag ng hydrogen atoms sa dalawang bahagi na tumutugma sa oryentasyon ng electron spin. Ang scheme ng kanilang eksperimento ay ipinapakita sa fig. 6. Kapag ang mga hydrogen atom ay lumipad sa isang rehiyon na may malakas na magnetic field, isang elektron ng bawat atom ang nakikipag-ugnayan sa magnetic field, at ito ay nagiging sanhi ng atom na lumihis mula sa orihinal nitong rectilinear trajectory. Ang direksyon kung saan ang atom ay lumilihis ay nakasalalay sa oryentasyon ng pag-ikot ng elektron nito. Ang pag-ikot ng isang elektron ay hindi nakasalalay sa panlabas na kondisyon at hindi maaaring sirain o baguhin.

Kaya, sa wakas ay itinatag na ang estado ng isang electron sa isang atom ay ganap na nailalarawan sa pamamagitan ng apat na quantum number n, l, m l . at m s ,

kanin. 6. Scheme ng eksperimento ng Stern-Gerlach

Ang mga numero ng quantum ay mga parameter ng enerhiya na tumutukoy sa estado ng isang electron at ang uri atomic orbital kung saan ito matatagpuan. Ang mga quantum number ay kinakailangan upang ilarawan ang estado ng bawat electron sa isang atom. 4 na quantum number lang. Ito ay: ang pangunahing quantum number - n , l , magnetic quantum number – m l at spin quantum number – m s .

Ang pangunahing quantum number ay n .

Ang pangunahing quantum number - n - ay tumutukoy sa antas ng enerhiya ng electron, ang distansya ng antas ng enerhiya mula sa nucleus at ang laki ng electron cloud. Ang pangunahing quantum number ay kumukuha ng anumang integer na halaga, simula sa n =1 ( n =1,2,3,…) at tumutugma sa numero ng panahon.

Orbital quantum number - l .

Orbital quantum number - l - tinutukoy geometric na hugis atomic orbital. Ang orbital quantum number ay kumukuha ng anumang mga halaga ng integer, simula sa l =0 ( l =0,1,2,3,… n -isa). Anuman ang bilang ng antas ng enerhiya, ang bawat halaga ng orbital quantum number ay tumutugma sa isang orbital ng isang espesyal na hugis. Ang isang "set" ng naturang mga orbital na may parehong mga halaga ng pangunahing quantum number ay tinatawag na antas ng enerhiya. Ang bawat halaga ng orbital quantum number ay tumutugma sa isang orbital ng isang espesyal na hugis. Ang halaga ng orbital quantum number l =0 mga tugma s -orbital (1-in type). Ang halaga ng orbital quantum number l =1 tugma p -mga orbital (3 uri). Ang halaga ng orbital quantum number l =2 tugma d -orbital (5 uri). Ang halaga ng orbital quantum number l =3 tugma f -orbital (7 uri).

Ang mga f-orbital ay may higit pa kumplikadong hugis. Ang bawat uri ng orbital ay ang dami ng espasyo kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay pinakamataas.

Magnetic quantum number - m l.

Tinutukoy ng magnetic quantum number - m l - ang oryentasyon ng orbital sa espasyo na may kaugnayan sa panlabas na magnetic o electric field. Ang magnetic quantum number ay tumatagal ng anumang integer values ​​​​mula -l hanggang +l, kabilang ang 0. Nangangahulugan ito na para sa bawat anyo ng orbital ay mayroong 2l + 1 na masiglang katumbas na oryentasyon sa espasyo - mga orbital.

Para sa s-orbital:

l=0, m=0 – isang katumbas na oryentasyon sa espasyo (isang orbital).

Para sa p-orbital:

l=1, m=-1,0+1 – tatlong katumbas na oryentasyon sa espasyo (tatlong orbital).

Para sa d-orbital:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 – limang katumbas na oryentasyon sa espasyo (limang orbital).

Para sa f orbital:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 – pitong katumbas na oryentasyon sa espasyo (pitong orbital).

Spin quantum number - m s .

Tinutukoy ng spin quantum number - m s - ang magnetic moment na nangyayari kapag umiikot ang isang electron sa paligid ng axis nito. Ang spin quantum number ay maaaring tumagal lamang ng dalawa posibleng mga halaga+1/2 at -1/2. Ang mga ito ay tumutugma sa dalawang posible at magkasalungat na direksyon ng sarili magnetic moment electron - umiikot. Ang mga sumusunod na simbolo ay ginagamit upang tukuyin ang mga electron na may iba't ibang mga spin: 5 at 6 .