Главная > Физика > Основы анализа поверхности и тонких пленок
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

8.4. Квантовые числа, электронные конфигурации и обозначения

Для квантовомеханического описания состояния электрона в атоме требуется задать четыре квантовых числа: главное квантовое число орбитальное квантовое число магнитное квантовое число , спиновое квантовое число . Собственный угловой момент электрона, спин, приводит к существованию четвертого квантового числа, , которое принимает значения ±1/2. Существование спина обусловливает тонкую структуру, наблюдаемую при измерении спектральных линий с высоким разрешением. Как следует из принципа запрета Паули, только один электрон может иметь заданный набор квантовых чисел, т. е. никакие два электрона в атоме не могут соответствовать одному и тому же набору . Если принимать во внимание взаимосвязь между орбитальным моментом и спином (т.е. спин-орбитальное

взаимодействие), то возможен другой набор квантовых чисел.

Электрон одновременно имеет орбитальный момент (квантовое число ) и спиновый момент s. Результирующий спиновый плюс орбитальный момент, , имеет величину

а проекция на полярную ось имеет квантованные значения

где принимает целочисленные значения Таким образом для спектроскопических обозначениях квантовое число полного момента атомного состояния записывается в виде индекса; так, состояние с главным квантовым числом , обозначается как .

При рассмотрении спин-орбитального расщепления соответствующим набором квантовых чисел является

Квантовые числа j и всегда полуцелые.

Присваивая электронам квантовые состояния, характеризуемые четырьмя квантовыми числами можно составить периодическую таблицу, в которой для любого атома никакие два электрона не могут иметь одинаковыми все четыре квантовых числа. Атомные Z электронов занимают нижние энергетические состояния, энергия которых определяется в первую очередь главным квантовым числом и в меньшей степени орбитальным квантовым числом , причем различие спиновых подсостояний (без учета спин-орбитального расщепления) сказывается слабо. Заполнение электронных уровней в атоме часто выражают в терминах главных квантовых чисел, , и исторически сложившихся обозначений для углового момента, где соответствует буква s (от англ. sharp), (от англ. principal), (от англ. diffuse) и (от англ. fundamental). Таким образом, Не имеет электронную конфигурацию электрона в оболочке , а неон — конфигурацию электрона в оболочке ; 2 электрона в подоболочке и 6 электронов в подоболочке . В табл. 8.2 приведены атомные уровни, электронные оболочки и рентгеновские обозначения. При учете спин-орбитального взаимодействия оказывается, что оболочки претерпевают еще одно расщепление, приводящее к конфигурациям типа , где нижний индекс обозначает угловой момент возникающий в результате сложения орбитального и спинового моментов. Расщепление имеет величину 1,5 эВ для хлора и легко разрешается

Таблица 8.2. Соответствие атомных и ионных уровней энергии

стандартным рентгеновским спектрометром. Расщепление увеличивается с ростом Z. Электронные конфигурации атомов наряду с потенциалами ионизации (энергия, необходимая для удаления одного электрона из нейтрального атома) приведены в приложении 4, а энергии связи — в приложении 5.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление