Первое квантовое число n называется главным квантовым числом, оно может принимать целые значения от 1 до бесконечности. В атоме водорода это число характеризует энергию электрона (в атомных единицах):
Е(n) = -ZR/(2∙n2),
где Z – заряд ядра, R=109678,76 см-1– постоянная Ридберга.
Второе квантовое число l называется орбитальным числом. При определенном значении n оно может принимать целые значения от 0 до (n-1). Число l определяет одно из возможных значений орбитального момента количества движения электрона в атоме. Число l определяет форму орбитали. Каждому значению l сопоставляют букву (спектроскопические обозначения):
При обозначении состояния электрона (или орбитали) главное квантовое число пишут перед символом орбитального квантового числа в виде формулы: nl. Например:
4 s означает электрон, у которого n =4 и l =0, т.е. электронное облако имеет форму шара .
2 p означает электрон, у которого n =2и l =1 (электронное облако имеет форму гантели) и т.д.
Третье квантовое число ml характеризует пространственне расположение орбиталей. Оно называется магнитным квантовым числом и определяет величину проекции орбитального момента количества движения на выделенное направление (обычно ось z). ml принимает целые значения от – l до + l. Число различных значений ml при определенном значении l равно N=(2 l +1).
s-cостоянию электрона отвечает одна орбиталь
p-cостоянию электрона отвечает три орбитали
d-cостоянию электрона отвечает пять орбиталей
f-cостоянию электрона отвечает семь орбиталей
Таким образом орбиталь характеризуется определенным набором трех квантовых чисел: n, l, m.
Общее число орбиталей данного энергетического уровня равно N=n2.
При исследовании свойств электрона возникла необходимость ввести четвертое квантовое число, которое было названо спиновым квантовым числом ms.
Спин электрона характеризует вращение электрона вокруг собственной оси. Это вращение может происходить по часовой стрелке, или против неё относительно орбиты электрона. В зависимости от этого ms может принимать одно из двух значениий:
Спин электрона характеризует собственный вращательный момент электрона. В атоме водорода спиновый вращательный момент электрона добавляется к орбитальному моменту электрона.
Согласно принципу исключения Паули (швейцарский физик, 1925 год): никакие два электрона в атоме не могут иметь одинаковые наборы четырех квантовых чисел. Это значит, что если 2 электрона в атоме имеют одни и те же значения n, l и ml, то они должны иметь разные значения ms. Их спины должны быть направлены в разные стороны. На каждой орбитали могут максимально находится 2 электрона с противоположно направленными спинами.
Следствие из закона Паули: максимальное число электронов на уровне равно удвоенному значению квадрата главного квантового числа
X=2n2
Порядок заполнения орбиталей данного подслоя подчиняется правилу Хунда: Суммарное спиновое число электронов данного подслоя должно быть максимальным.
Иными словами, орбитали данного подслоя заполняется сначала по одному электрону, затем по второму электрону. Электроны с противоположными спинами на одной орбитали образуют двухэлектронное облако и их суммарный спин равен нулю.
