исания структуры атомов была разработана система четырех квантовых чисел — п, I, mt и т,. Из иих главное квантовое число л сохранило свое первоначальное значение, а / было введено вместо побочного квантового числа k, с

которым оно связано простым соотношением: / = k — 1. Так как первоначальное побочное квантовое число могло принимать все целочисленные значения по ряду k — 1, 2, 3, ... п, для / (которое сохранило название побочного квантового числа) возможны все целочисленные значения по ряду / = 0, 1, 2, ... (п—1).

Так называемое магнитное квантовое число т( связано с магнитным моментом электрона, обусловленным его движением по орбите. Величина такого орбитального магнитного момента зависит от характера орбиты и определяется соотношением

и-г]=[и-0]1/ /(/ + 1), где Ецо] — единица магнитного момента (т. и-? магнетои). Как вытекает из квантовой теории, под действием внешнего магнитного поля электронные орбиты должны располагаться в пространстве только таким образом, чтобы проекции орбитальных магнитных моментов на направление поля выражались целыми числами. В связи с этим mt может принимать все целочисленные значения от —I до +/, т. е. может иметь 2/ -4- 1 различных значений. Например, при / = 3 возможные значения nti будут: —3, —2. —1, 0, -f-1, +2, +3. Отвечающие этому случаю «дозволенные» направления орбитального магнитного момента схематически показаны на рнс. VI-1 стрелками.

магнитного момента у

Так называемое спиновое квантовое число т, также связано с магнитным моментом электрона, но уже не орбитальным, а спиновым, т. е. обусловленным собственным вращением электрона — его опином. Величина спинового асех электронов одинакова: = 1,73 [цоЗ- Само спиновое квантовое число может принимать только два значения: +Vs

и -«/,.

Существует и другая система квантовых чисел, в которой mi и тж заменяются «внутренним» квантовым числом (/) и соответствующим ему магнитным (mj). Из них / = / ± Vs. a mj может принимать все отличающиеся на единицу значения от —/ до +/.

2) Существование электронного спина было впервые установлено на опытах с атомами серебра (1922 г.). Схема применявшейся для этого установки показана на рис. V1-2 (К — источник паров серебра, ВВ—диафрагмы, S и N — полюса электромагнита, РР — коллекторная пластинка). Отобранный диафрагмами узкий пучок атомов Ag проходит сквозь магнитное поле и оседает затем на коллекторной пластинке. Согласно классической теории, при этом (как и в отсутствие магнитного поля) должна была бы получаться одна сравнительно широкая полоса напыленного серебра, тогда как в действительности при включенном поле появлялись узкие полоски, симметрично располагавшиеся относительно центра пучка (что соответствовало значениям ±'/а спинового квантового числа).

3) Являющийся важным физическим обобщением принцип несовместимости (Паули, 1925 г.) утверждает, что в атоме не могут одновременно существовать электроны, характеризующиеся одинаковыми значениями всех квантовых чисел.

Из принципа несовместимости вытекает, что в отвечающем тому или иному квантовому числу п электронном слое может максимально содержатьси столько электронов, сколько различных комбинаций дают остальные квантовые числа — I, mi и т,. Подсчет этих комбинаций упрощается, если учесть, что т, способно принимать только два значения (+72 и —У2), т. е. всегда удваивает число комбинаций / и т\. Но магнитное квантовое число непосредственно зависит от побочного и принимает 21 + I значений. Поэтому максимально допустимое число электронов в слое равно удвоенному числу возможных значений nti. Ниже приводится схема подсчета для первых четырех слоев.

п 2 3 4

1 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3

-1

0 + 1 _2 -1 0 + 1 _2 -3 —2 -1 0 + 1 +2 +3

т, 0 0

0 ^ |

0

+1 ^ 1

0 + 1 +2 0 •

j

0 + 1 +2

ЕМКОСТЬ СЛОЯ 2 8 18 32

Таким образом, характерные для периодической системы элементов числа—2, 8, 18, 32 — с необходимостью вытекают из теории строения атомов. Одновременно выявляется, что общее число возможых значений nti равно л2, а максимальное теоретически допустимое число электронов в слое — 2ла.

Сопоставление последнего результата с данными приводившейся в основном тексте сводной таблицы, отражающей фактическое заполнение слоев, показывает, что первый и второй слои действительно заполняются до максимально возможного предела уже соответственно в 1 и 2 периодах, тогда как третий слой приобретает вполне законченную структуру лишь в 4 периоде, а четвертый — только в 6 периоде. Подобное «отставание» обусловлено сильным взаимным отталкиванием электронов в многоэлектронных слоях, которое преодолевается лишь при достаточом возрастании положительного заряда ядра.

4) При классификации спектров принято разбивать электроны каждого определяемого главным квантовым числом п слоя на отдельные подгруппы, соответствующие тому илн иному побочному квантовому числу /. Числовые значения

последнего обычно заменяются при этом условными буквенными обозначениями согласно приводимому ниже