Зырить аржан for Квантовые числа и атомные орбитали

{{YouTube|LEO8--p_tK8|width=300|height=250}}

== Общие сведения ==
Квантовые числа и атомные орбитали представляют собой фундаментальные понятия квантовой механики и химии, с помощью которых осуществляется строгое математическое описание состояния электронов в атоме. Электронные конфигурации имеют первостепенное значение, поскольку именно они полностью определяют все химические свойства элементов. Теоретической основой для нахождения квантовых чисел служит уравнение Шрёдингера. Его решение позволяет получить три основных квантовых числа, которые однозначно характеризуют энергетическое состояние и пространственное распределение электронной плотности каждого электрона в любой точке периодической системы. Для исчерпывающего описания состояния электрона вводится дополнительное, четвертое квантовое число, описывающее собственный момент импульса частицы. Совокупность этих четырех параметров является ключом к пониманию химической природы вещества.

== Классификация ==
Квантовые параметры электрона классифицируются на четыре основных типа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое квантовые числа.

Главное квантовое число (обозначается латинской буквой n) определяет общий энергетический уровень электрона и его среднюю удаленность от атомного ядра. Значения этого числа выражаются натуральными числами (1, 2, 3 и так далее, доходя до 5 и более в зависимости от элемента). Существует строгая зависимость: чем меньше значение главного квантового числа, тем ближе электрон находится к ядру и тем меньшей энергией он обладает. Наименьшая энергия характерна для электронов на самом первом энергетическом уровне (n = 1).

Орбитальное, или побочное, квантовое число (обозначается буквой l) характеризует геометрическую форму электронного облака и определяет наличие энергетических подуровней в пределах одного главного энергетического уровня. Это означает, что изменение энергии электронов может происходить и внутри одного уровня. Значение орбитального квантового числа строго зависит от главного квантового числа и может принимать целые значения от нуля до n минус один.

Магнитное квантовое число (обозначается m) определяет пространственную ориентацию атомной орбитали (например, по осям координат x, y и z). Оно может принимать любые целые значения в диапазоне от минус l до плюс l, включая ноль. Общее число возможных пространственных ориентаций для заданного подуровня математически вычисляется по формуле 2l плюс 1.

Спиновое квантовое число (обозначается s) характеризует собственный момент импульса электрона при его движении в поле ядра атома. Данный параметр описывает вращение электрона вокруг собственной оси и принимает только два возможных значения: плюс одна вторая или минус одна вторая, что условно соответствует противоположным направлениям вращения.

== Способы получения ==
Способы получения конкретных наборов квантовых чисел и электронных конфигураций базируются на строгом математическом аппарате. Изначальные три числа (главное, орбитальное и магнитное) получают непосредственно как решения волнового уравнения Шрёдингера. 

Формирование электронных оболочек реальных атомов происходит по принципу последовательного заполнения энергетических ячеек (подуровней). Водород обладает простейшей конфигурацией: его единственный электрон занимает самый низкий энергетический уровень и простейший подуровень. По мере перехода к последующим элементам периодической системы происходит открытие и заполнение новых энергетических уровней и подуровней. При полном заполнении всех возможных энергетических состояний формируется сложная электронная структура, объясняющая существование более чем ста различных химических элементов. Графически процесс заполнения отображают путем рисования квадратных квантовых ячеек, символизирующих орбитали, и стрелок, обозначающих электроны.

== Свойства ==
Свойства атомных орбиталей напрямую зависят от значений квантовых чисел, определяющих их геометрическую форму, ориентацию и энергетические характеристики. Чем ближе электрон к ядру, тем более простую геометрическую форму имеет его электронное облако.

При орбитальном квантовом числе, равном нулю (l = 0), подуровень обозначается латинской буквой s. Такие s-электроны образуют электронное облако, имеющее форму правильного шара (сферы). Ввиду полной симметрии фигуры для нее существует только одно значение магнитного квантового числа (ноль), следовательно, s-облако не имеет нескольких пространственных ориентаций.

Если орбитальное число равно единице (l = 1), формируется p-подуровень. Электронные облака p-электронов обладают гантелевидной формой. Согласно расчетной формуле, для p-подуровня реализуются ровно три возможные пространственные ориентации (соответствующие магнитным числам минус один, ноль и плюс один).

При орбитальном квантовом числе, равном двум (l = 2), орбитали обозначаются буквой d. Форма d-электронов еще более сложная и визуально напоминает сдвоенные гантели. Для d-подуровня возможно пять различных пространственных ориентаций (от минус двух до плюс двух). 

Последующие уровни, такие как f-подуровень, обладают чрезвычайно сложной пространственной конфигурацией с множеством гантелей. На одной орбитали (в одной ячейке) могут находиться электроны со спинами, направленными либо в одну сторону (параллельные), либо в противоположные стороны (антипараллельные), что условно обозначается стрелками, направленными вверх и вниз.

== Применение ==
Теория квантовых чисел находит широчайшее применение в теоретической и прикладной химии для описания и предсказания реакционной способности веществ. Четыре квантовых числа полностью исчерпывают описание свойств электрона, что позволяет составить точный "паспорт" химического элемента. 

Графическое отображение квантовых состояний в виде квадратных ячеек активно применяется для визуализации электронного строения атомов и выявления валентных электронов. Понимание распределения электронов по s-, p-, d- и f-подуровням лежит в основе современной классификации химических элементов, объяснения механизмов образования химических связей, а также анализа магнитных характеристик и химической активности различных соединений. 

== См. также ==
[[Кинетика электродных процессов]]
[[Кинетические представления о химическом равновесии]]

[[Category:Общая химия]]
[[Category:Строение вещества]]

[https://www.youtube.com/watch?v=LEO8--p_tK8 Смотреть видео]