Распределение электронов по энергетическим уровням атома.

Состояние электрона в атоме определяется квантовыми числами n, l, , и определяющими волновую функцию электрона, и числом , определяющим проекцию спина электрона. Эти числа могут принимать значения

главное квантовое число n = 1, 2,…;

азимутальное квантовое число l = 0, 1, 2,…, n - 1

магнитное квантовое число = -l, …, +l;

спиновое квантовое число = 1/2, -1/2.

Энергия состояния электрона в атоме определяется в основном главным n и азимутальным l, но есть, хотя и слабая зависимость от и , т.к. эти числа определяют взаимную ориентацию соответствующих магнитных моментов. Сильнее энергия атома зависит от главного квантового числа n, и состояние с большим n характеризуется большей энергией.

В невозбужденном состоянии атома электроны должны располагаться на низших доступных энергетических уровнях. Наименьшей энергией обладает состояние 1s, и можно предположить, что основные состояния всех атомов должны быть типа S-термов. Но это предположение противоречит экспериментальным данным.

Объяснение дает принцип запрета Паули, согласно которому в одной квантовой системе, например атоме, не может быть двух электронов, обладающих одинаковыми наборами квантовых чисел n, l, и . Этот принцип распространяется на все частицы с полуцелым спином. В нашем случае принцип Паули фактически утверждает, что в одном состоянии не могут одновременно находиться два электрона.

Каждому значению главного квантового числа n соответствуют состояний, отличающихся l и . Поэтому в состоянии с данным n могут находиться электронов :

n = 1 2 электрона K-оболочка

n = 2 8 электронов L-оболочка

n = 3 18 электронов M-оболочка

n = 4 32 электрона N-оболочка

Совокупность электронов с одинаковым n образует электронную оболочку атома. Оболочки разделяются на подоболочки, отличающиеся значением l при данном n.

Полностью заполненные подоболочки характеризуется равенством нулю результирующих орбитального и спинового моментов: S = 0, L = 0. Такие подоболочки при расчете момента импульса атома могут не учитываться.