5399619727

promieniowania nadfioletowego o energii 10,2 eV. Okazuje się, że model atomu wodoru opisuje bardzo dobrze jakościowo rozmiary atomu, i energie poziomów energetycznych, co znajduje swoje odzwierciedlenie w znakomitym ilościowym opisie serii widmowych emitowanych przez wzbudzane atomu wodoru. Seria Lymana to przejścia z kolejnych orbit na orbitę o n=l, seria Balmera z obszaru widzialnego, to przejścia elektronów na orbitę o n=2, seria Paschena to przejścia w podczerwieni na orbitę o n=3. Czytelnik może samodzielnie policzyć długość fali promieniowanie dla przejścia Balmera z n=3 na n=2, wyliczając różnicę energii na tych poziomach, a potem wyliczając długość fali promieniowania o danej energii.

Model Bohra wprowadził liczbę kwantową n, zwaną główną liczbą kwantową, pokazując, że przejścia elektromagnetyczne pomiędzy stanami o różnych n, są odpowiedzialne za dyskretne widma promieniowania obserwowane w rzeczywistych atomach. Model ten bardzo dobrze opisuje jednoelektrodowy atom wodoru, który w stanie podstawowym lokuje elektron w stanie n=l, a przeniesienie elektronu w wyniku zderzenia z innym atomem, bądź pochłonięcia fotonu na wyższy poziom energetyczny prowadzi do utworzenia stanu wzbudzonego, z którego elektron szybko powraca do jednego z niższych stanów, żeby w końcu osiągnąć stan podstawowy. Jednakże, atomy inne niż atom wodoru to atomy wieloelektronowe. Gdzie będą lokowane kolejne elektrony, czy wszystkie w stanie podstawowym n=l? Istnieje zakaz Pauliego [1,3,5] sformułowany w 1925 roku, który dla elektronów stwierdza, że żadne dwa elektrony w tej samej pułapce kwantowej nie mogą mieć jednakowych wszystkich liczb kwantowych. W naszym atomie (pułapce kwantowej) z jedną liczba kwantową moglibyśmy lokować tylko po jednym elektronie na każdym z poziomów, a rozmiary atomów wieloelektronowych rosłyby jak kwadraty kolejnych liczb całkowitych dzielonych przez Z (wzór 4), czego się nie obserwuje.

2.3. Powłoki elektronowe, liczba elektronów na powłokach

Już w roku 1915 Sommerfeld wprowadził kolejną liczbę kwantową 1, zwaną orbitalna liczbą kwantową, charakteryzującą moment pędu, pozostawiając główną liczbę kwantową n charakteryzującą średnią odległość elektronu od jądra. Sommerfeld dopuścił orbity eliptyczne, zdając sobie sprawę, że w ruchu planet wokół ciała centralnego orbity kołowe są bardzo szczególnym przypadkiem orbit eliptycznych. Okazało się, że orbitalna liczba kwantowa może przyjmować wartości od zera do n-1. Tak więc, mimo że wprowadzaliśmy główną liczbę kwantową n wiążąc ją z momentem pędu (L = n/i) to naprawdę z liczbą n mogą być związane momenty pędu z zakresu 0 < 1 = (n - l)/ł.

Z orbitalnym momentem pędu związany jest moment magnetyczny, co oznacza, że w polu magnetycznym, na każdą orbitę działa moment siły dążący do ustawienia wektora momentu magnetycznego wzdłuż pola. Taki moment siły wywołuje precesję Larmora [1,5], co wprowadza dodatkowe stany energetyczne układu, opisywane kolejną liczba kwantową m, zwaną magnetyczną liczba kwantową. Magnetyczna liczba kwantowa może przyjmować całkowite wartości od 1 do 1 , (-1 < m = +1), co oznacza że dla każdego stanu o momencie pędu 1 istnieje 21+1 podstanów, różniących się magnetyczną liczba kwantową.

Dla wyjaśnienia struktury subtelnej linii widmowych Uhlenbeck i Goudsmit wprowadzili spinowa liczbę kwantową elektronu, s. Spin elektronu, który znalazł się w rozwiązaniu równania Diraca, może przyjmować dwie wartości, s=±l/2ft. Choć wprowadzenie czterech liczb kwantowych nieco komplikuje prosty model Bohra, to jednakże pozwala prawidłowo rozmieszczać kolejne elektrony, zgodnie z zasadą Pauliego.

Na początek, drugi elektron o przeciwnie skierowanym spinie możemy umieścić na orbicie o n= 1, ponieważ może mieć on spin ustawiony przeciwnie, co spełnia zasadę Pauliego. Ponieważ na powłoce o głównej liczbie kwantowej n=l (powłoka K) orbitalna