Орбитальное квантовое число определяет форму поверхности максимальной вероятности нахождения электрона и ее симметрию

Электронное облако s -подуровня имеет вид сферической поверхности и не обладает направленностью в пространстве. Облака р -подуровня имеют форму объемной восьмерки и расположены взаимно перпендикулярно. Форма d -орбиталей значительно сложнее формы р -облаков.

Магнитное квантовое число m_l х арактеризует пространственное расположение электронных облаков, т.е. ориентацию в пространстве. Число значений, принимаемых m _l, зависит от значения побочного квантового числа l, указывает на число орбиталей с данным значением I и может принимать значения от − l, проходя через нуль, до + l:

m _l =− l…0… +l.

Число орбиталей с данным значением l равно (2 l +1). При I =0, m _l принимает только одно значение, т.е. s-подуровень содержит одну атомную орбиталь. При I =2 m _l принимает три значения, на р -подуровне находятся 3 атомные орбитали, которые отличаются друг от друга своей ориентацией в пространстве по 3-м осям координат и обозначаются как р_x, р_у, р_z -облака. На d - и f - подуровнях содержится, соответственно, 5 и 7орбиталей.

Физический смысл магнитного квантового числа заключается в том, что в спектрах атомов, помещенных во внешнее магнитное поле, обнаруживается дополнительное расщепление спектральных линий. Возникновение новых близлежащих линий свидетельствует о том, что в магнитном поле энергия электронов изменяется. Но это возможно только в случае различной взаимной ориентации электронных облаков. Это говорит о том, что s -электронное облако имеет шаровую симметрию. р -подуровни расщепляются в магнитном поле на три различных типа ориентации р -облаков в пространстве.

Состояние электрона в атоме, которое характеризуется одинаковыми значениями квантовых чисел n, l и m _l, т. е. определенными размером, формой и ориентацией в пространстве электронного облака, называется атомной электронной орбиталью (АО) иликвантовой ячейкой (иногда их называют ячейки Гунда). Схематически квантовые ячейки принято обозначать в виде клеточки □. Соответственно, s -подуровень состоит из одной АО □, p -подуровень – из трех АО □□□, d -подуровень – из пяти АО □□□□□, f -подуровень – из 7 АО □□□□□□□.

Для полной характеристики поведения электрона в атоме оказалось недостаточно трех рассмотренных выше квантовых чисел. Изучение структуры спектральных линий показало, что два электрона, имеющие одни и те же значения n, l и m _l, т.е. одни и те же энергетические характеристики, ту же форму орбитали и одинаковую ориентацию, могут различаться некоторым особым магнитным свойством, которое обусловливает собственный магнитный момент электрона.

Спиновое квантовое число – спин (s или m_s). Спин можно рассматривать как результат вращения электрона вокруг собственной оси, которое возможно в двух взаимно противоположных направлениях. Спиновое квантовое число имеет только два значения +½ и -½. Электроны с положительными или отрицательными спинами обозначаются стрелками, направленными соответственно вверх или вниз ↑↓.

Принцип Паули: «В атоме не может быть 2-х электронов, характеризующихся одинаковым значением 4-х квантовых чисел».

Следовательно, каждый электрон в атоме имеет свою собственную энергетическую характеристику, отличающуюся от характеристики другого электрона в этом же атоме. Принцип Паули позволяет определить максимальное число электронов на энергетических уровнях, подуровнях, орбиталях. Из принципа Паули следует, что на каждой атомной орбитали максимально может находиться только два электрона с противоположно направленными спинами.