Спин электрона. Принцип Паули

Состояние каждого электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:

1. Главное квантовое число определяет размеры орбиты. От этого числа зависит энергия электрона в атоме; оно может принимать только целочисленные значения от до :

.

2. Орбитальное квантовое число определяет эксцентриситет орбиты или орбитальный момент количества движения электрона и может принимать только целочисленные значения от до , где – главное квантовое число, т.е.

.

Различные значения числа при данном соответствуют движению электронов по эллипсам различной вытянутости. Совокупность всех электронов, движущихся по этим эллипсам, представляет собой электронный слой (оболочку) с данным главным квантовым числом.

– слой с обозначается как -слой;

– слой с обозначается как -слой;

– слой с обозначается как -слой и т.д.

Численные значения обозначаются буквами по следующей схеме:

: , , , , ,

буква: , , , , , .

Состояние электронов в слое : → .

Состояние электронов в слое : →

→ .

3. Магнитное квантовое число определяет пространственную ориентацию орбиты электрона.

4. Спиновое квантовое число – .

Собственный момент количества движения электрона называют спином:

.

Если принять за единицу измерения момента количества движения, то . Проекция спина электрона на любую ось может принимать только два значения: и , что соответствует ориентации спина либо параллельно, либо антипараллельно этой оси. В настоящее время установлено, что спином обладает не только электрон, но и большинство элементарных частиц. Спин – это особое свойство элементарных частиц. Итак, состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами: .

Согласно принципу Паули, в одном и том же атоме (молекуле) не может быть двух (и более) электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. В основном состоянии атом и электроны в нем обладают наименьшей энергией.

Пример. Атом (литий) имеет 3 электрона (рис.23). Третий электрон, согласно принципу Паули, не может попасть в слой , так как все состояния там заняты. Следовательно, энергия третьего электрона должна быть более высокой, чем первых двух. Он попадает в слой ( – слой).

Рекомендуемая литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. Т.3.-СПб.: Лань, 2006.

2. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая школа, 2004.

3. Егоров И.Н. Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: учеб.-метод. пособие / И.Н. Егоров, С.И. Егорова, В.С. Кунаков, Г.Ф. Лемешко, Ю.М. Наследников. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.

4. Федосеев В.Б. Физика / В.Б. Федосеев.- Ростов н/Д: Феникс, 2009.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Учебное издание

Егорова Светлана Ивановна,

Егоров Иван Николаевич,

Лемешко Галина Филипповна