Numere cuantice. Definirea starii energetice a atomului, respectiv caracte-rizarea starii electronilor intr-un atom se face cu ajutorul a patru parametrii numiti numere cuantice.
Numarul cuantic principal, n cunatifica momentul cinetic total sau unghiular al electronului si caracterizeaza nivelele principale de energie din atom sau straturile (invelisurile) de electroni. In cazul rotatiei dupa o elipsa, n este in legatura cu semiaxa mare a elipsei. El poate lua valorile 1, 2, 3,ce corespund nivelelor K, L, M, N, O, P, Q. Pe planeta noastra nu exista atomi cu n > 7.
Numarul cuantic
secundar (azimutal sau orbital) notat cu l, cuantifica momentul cinetic
orbital determina forma elipsei si caracterizeaza substraturile
de electroni care alcatuiesc un strat. Valorile energetice ale momentului
cinetic orbital nu pot fi decat un multiplu intreg de h/2π
adica: 
in care l
poate lua toate valorile intregi de la 0 la n-1. Substraturile se noteaza
cu s, p, d, f… si corespund la
valorile lui l = 0, 1, 2, 3. Astfel,
substratul cu l = 0 se numeste substrat s, cel cu l = 1 substrat p, l = 2 substrat d, l = 3 substrat f etc.
Numarul cuantic
magnetic, m indica
numarul de orbitali dintr-un substrat si caracterizeaza starea
electronilor in campuri magnetice. Electronii, gravitand in jurul nucleului
atomic, reprezinta niste curenti circulari care, dupa
electrodinamica clasica, sunt echivalenti cu cate un mic magnet ce
pot fi caracterizati prin momentul magnetic. Rezultanta vectoriala a
momentelor magnetice corespunzatoare tuturor orbitalilor constituie
momentul magnetic total al atomului. In absenta unui camp exterior,
directia momentului magnetic al atomului poate fi oarecare astfel incat nu
este influentat continutul sau in energie. Daca atomul este
pus intr-un camp magnetic exterior, acesta exercita o actiune de
orientare asupra momentului magnetic in raport cu campul magnetic perturbator,
ceea ce face ca liniile spectrale ale elementului respectiv sa prezinte o
structura fina (fiecare linie apare formata din mai multe linii
foarte apropiate). Aceste observatii au dus la concluzia ca trebuie
sa se introduca inca un numar cuantic pentru
cunoasterea mai exacta a starii energetice din atomi. Astfel,
atomii care au un singur electron se orienteaza in asa fel in campul
magnetic incat proiectia momentului cinetic orbital al electronului
(l·h/2π) pe liniile de forta ale campului sa fie un
multiplu intreg de h/2π adica: 
unde m
este numarul cuantic magnetic.
Numarul de orbitali dintr-un substrat este determinat de numarul de
valori ale numarului cuantic magnetic, pentru fiecare valoare a lui l in parte. Astfel, unui substrat cu
numar cuantic secundar l, ii
apartin (2l + 1) orbitali care pot lua toate valorile cuprinse intre -l si +l,trecand prin zero: (-l, , 0, , +l)
In tabel se prezinta numarul de orbitali si simbolurile acestora pentru primele patru straturi electronice.
Stratul n=1,2,3 (n=1 <K>; n=2 <L>; n=3 <M>; n=4 <N>)
Substratul l=0,1,2,,n-1 ( l=0; l=0,1; l=0,1,2; l=0,1,2,3)
Orbitalii m=2l+1 (1s; 1s, 3p; 1s, 3p, 5d; 1s, 3p, 5d, 7f)
Valorile lui m (0; 0, <-1,0,+1>; 0, <-1,0,+1>; <-2,-1,0,+1,+2>; 0, <-1,0,+1>; <-2,-1,0,+1,+2>, <-3,-2,-1,0,+1,+2,+3>)
Simbolul orbitalilor (1s; 2s, 2p; 3s, 3p, 3d; 4s, 4p, 4d, 4f)
Orbitalii d sunt tetralobari.
Numarul cuantic de spin, s. Pe langa rotatia sa orbitala, electronul are o miscare de rotatie in jurul axei proprii, ca o sfarleaza. Aceasta ipoteza a fost facuta pentru prima data de G. Uhlenbeck si S. Gaudsmit (1925), iar miscarea de rotatie a capatat denumirea de spin de la cuvantul englez „to spin” care inseamna a toarce. Rotatia poate avea loc numai in doua feluri, ceea ce corespunde la doua stari identice, dar de sens opus. Pentru caracterizarea acestor doua stari, s-a introdus un nou parametru, numarul cuantic de spin s, care poate lua doua valori: ±1/2. Semnul se refera la sensul de rotatie, intelegand ca atunci cand axa spinului este paralela cu axa de rotatie in jurul nucleului, s = +1/2, iar cand este antiparalela cu aceasta, s = -1/2.
|
