0021 3

tylko dwie możliwości ustawienia się: albo równolegle (moment magnetyczny w kierunku pola), albo antyrównolegle (na odwrót). Tym dwom ustawieniom odpowiadają dwie wartości spinowej liczby magnetycznej m_s zwanej po prostu spinem, m_s — +■£ albo m_s =

= ~h

Istnieje możliwość oddziaływania pola magnetycznego orbitalnego ze spinem elektronowym, mówi się wtedy o sprzężeniu spin — orbita. Sprzężenia te dają dodatkowe poziomy energetyczne, w atomach wieloelektronowych nawet bardzo złożone, tak tłumaczy się uwielokrotnienie linii widmowych we własnych polach atomu (subtelna struktura widma) względnie w zewnętrznym polu magnetycznym zjawisko Zeemana, czy elektrycznym zjawisko Starka.

1.1.7. Zasada Pauliego. Tablica Mendelejewa

Stan elektronu w atomie jest więc scharakteryzowany czterema liczbami kwantowymi: 1) główną liczbą kwantową n = 1,2,3,... kwantującą energię elektronu, 2) poboczną liczbą kwantową / = 0, 1, 2, ..., (n — 1), kwantującą moment pędu orbitalnego elektronu, 3) magnetyczną liczbą kwantową m_t = 0, ±1. ±2, ..., ±/ kwantującą rzut momentu pędu elektronowego na wybrany kierunek, 4) spinową liczbą kwantową m_s = - i, kwantującą ustawienie własnego momentu pędu elektronu równolegle lub antyrównolegle w stosunku do pędu orbitalnego.

Zastosowanie mechaniki kwantowej do atomów wieloelektronowych jest zagadnieniem matematycznie bardzo złożonym. Wymagało ono przyjęcia ważnego postulatu, zwanego zasadą Pauliego, według której w atomie z wieloma elektronami nie może się zdarzyć, żeby dwa elektrony miały wszystkie cztery liczby kwantowe jednakowe; muszą się one różnić co najmniej jedną. Możliwości obsadzenia poszczególnych stanów zgodnie z zasadą Pauliego tłumaczy tabela 1.1.

Jak wynika z tabeli maksymalna liczba elektronów, która może obsadzić orbitę o głównej liczbie kwantowej n, wynosi: 2/i². Z tego w stanie s (/ = 0) mogą być co najwyżej 2 elektrony, w stanie p (l = 1) co najwyżej 6 elektronów, w stanie d (1=2) —10 elektronów, w stanie /(/ = 3) —14 elektronów. Sposób zapisywania konfiguracji elektronów w powłoce przedstawiamy na przykładzie wapnia: Ca l-y²2s²2p⁶3s²3/?^G4.y², liczba przed literami oznacza kolejność orbity, litery s, p oznaczają orbital, „wykładnik” — liczba elektronów na • danym orbitalu.

Porządkując atomy pierwiastków według wzrastających liczb atomowych Z atomowi każdego następnego pierwiastka przybywa jeden elektron. Elektron ten zajmuje stan o możliwie najmniejszej energii, jednak zgodnie z zasadą Pauliego. Przy takim uszeregowaniu pierwiastków można zauważyć okresowo powtarzające się konfiguracje elektronów na zewnętrznych orbitach wykazujących podobne właściwości chemiczne. Na tej zasadzie powstał okresowy układ pierwiastków, zwany też tablicą Mendelejewa.

Pierwiastki uszeregowane są w 7 okresach. Każdy okres kończy się pierwiastkiem gazu szlachetnego z ośmioma elektronami (hel dwoma) na ostatniej orbicie. Okres 1 zajmują dwa pierwiastki, H oraz zamykający dwoma elektronami orbitę K He. Okres 2 zawiera 8 pierwiastków od Li do Ne z konfiguracją Ne 1j² 2s² 2p^r' zamykającym orbitę L. Okres 3 zawiera także 8 pierwiastków od Na do Ar z konfiguracją Ar ls² 2s² 2p^a 3.v² 3p⁶. Okres 4 z ośmioma pierwiastkami otwiera K \s²2s²2p⁸ 3s² 3p^e 4s^l, przy niepełnej obsadzie orbity 3;

27