ориентации d-электронных облаков в пространстве.

Исследования атомных спектров привели к выводу, что, помимо квантовых чисел п, I и т, электрон характеризуется еще одной квантованной величиной, не связанной с движением электрона вокруг ядра, а определяющей его собственное состояние. Эта величина получила название спинового квантового числа или просто спина (от английского spin — кручение, вращение); спин обычно обозначают буквой s. Спин электрона может иметь только два значения; -f-т/2 или —1/2; таким образом, как и в случае остальных квантовых чисел, возможные значения спинового квантового числа различаются на единицу.

Кроме орбитального момента количества движения, определяемого значением /, электрон обладает и собственным моментом количества д в и ж е п и я, что можно упрощенно рассматривать как результат вращения електрона вокруг своей оси, Проекция собственного момента количества движения электрона на избранное направление (например, на ось z) к называется спином.

Четыре квантовых числа — п, I, т и 5 — полностью определяют состояние электрона в атоме.

31. Многоэлектронные атомы. В атоме водорода электрон находится в силовом поле, которое создается только ядром. В много-электронных атомах на каждый электрон действует не только ядро, но и все остальные электроны. При этом электронные облака отдельных электронов как бы сливаются в одно общее многоэлектронное облако. Точное решение уравнения Шредиигера для таких сложных систем связано с большими затруднениями и, как правило, недостижимо. Поэтому состояние электронов в сложных атомах и в молекулах определяют путем приближенного решения уравнения Шредингера.

Общим для всех приближенных методов решения этого уравнения является так называемое одноэлектронное приближение, т. е. предположение, что волновая функция многоэлектронной системы может быть представлена в виде суммы волновых функций отдельных электронов. Тогда уравнение Шредингера может решаться отдельно для каждого находящегося в атоме электрона, состояние которого, как и в атоме водорода, будет определяться значениями квантовых чисел п, /, т и s. Однако и при этом упрощении решение уравнения Шредингера для многоэлектронных атомов и молекул представляет весьма сложную задачу и требует большого объема трудоемких вычислений, В последние годы подобные вычисления выполняются, как правило, с помощью быстродействующих электронных вычислительных машин, что позволило произвести необходимые расчеты для атомов всех элементов и для многих молекул.

Исследование спектров многоэлектронных атомов показало, что здесь энергетическое состояние электронов зависит не только от главного квантового числа п, но и от орбитального квантового числа /. Это связано с тем, что электрон в атоме не только притягивается ядром, но и испытывает отталкивание со стороны электронов, расположенных между данным электроном и ядром. Внутренние электронные слои как бы образуют своеобразный экран, ослабляющий притяжение электрона к ядру, или, как принято говорить, экранируют внешний электрон от ядерного заряда. При этом для электронов, различающихся значением орбитального квантового числа /, экранирование оказывается неодинаковым.

Так, в атоме натрия (порядковый номер Z—11) ближайшие к ядру К- или L-слои заняты десятью электронами; одиннадцатый электрон принадлежит к М-слою (я = 3). Иа рис. 21 кривая 1 изображает радиальное распределение вероятности для суммарного электронного облака Десяти «внутренних» электронов атома натрия: ближайший к ядру максимум электронной плотности соответствует /(-слою, второй максимум— L-слою. Преобладающая часть внешнего электронного облака атома натрия расположена вне области, занятой внутренними

Рис. 21. График радиального распределения вероятности в атоме натрии.

1 — для десяти электронов К и L-слоев; 2 -т для Зг-электрона; 3 — для Зр-электроиа.

электронами, и потому сильно экранируется. Однако часть этого электронного облака проникает в пространство, занятое внутренними электронами, и потому экранируется слабее.

Какое же из возможных состояний внешнего электрона атома натрия — 35, Зр или 3d — отвечает более слабому экранированию и, следовательно, более сильному притяжению к ядру и более низкой энергии электрона? Как показывает рис. 21, электронное облако Зз-электрона в большей степени проникает в область, занятую электронами А'- и L-слоев, и потому экранируется слабее, чем электронное облако Зр-электрона. Следовательно, электрон в состоянии 3s будет сильнее притягиваться к ядру и обладать меньшей энергией, чем электрон в состоянии Зр. Электронное облако З^-орбитали практически полностью находится вне области, занятой внутренними электронами, экранируется в наибольшей степени и наиболее слабо притягивается к ядру. Именно поэтому устойчивое состояние атома натрия соответствует размещению внешнего электрона на орбитали 3s.

Таким образом, в многоэлектронных атомах энергия электрона зависит не только от главного, но и от орбитального квантового числа. Главное квантовое число определяет з