Водородоподобные орбитали

Научная литература / Введение в теорию многоэлектронного атома. Элементы теории многоэлектронных атомов / Водородоподобные орбитали
Страница 1

1. Атом H и водородоподобный ион. Возмущение потенциала и расщепление уровней АО. Правило Маделунга-Клечковского.

АО водородоподобных ионов - это волновые функции возможных состояний единственного электрона в электростатическом поле. Потенциальная энергия кулоновского притяжения единственного электрона к ядру в систем СГС выражается функцией вида . График этой функции – гипербола. Именно этот потенциал ответственен за очень высокую кратность вырождения уровней АО.

Наш знаменитый физик-теоретик академик Владимир Александрович Фок показал, что симметрия атома H (и одноэлектронного водородоподобного иона) существенно выше, чем симметрия простой трёхмерной сферы, и назвал её симметрией "четырёхмерного шара".

Очень общее свойство квантово-механических систем таково, что, кратность вырождения энергетических уровней тем выше, чем выше симметрия системы, и, напротив, любое возмущение системы искажает её симметрию, вызывая расщепление вырожденных уровней.

Этот эффект исследуют с помощью модельных приёмов теории. Так понижение симметрии одноэлектронного водородоподобного иона можно искусственно смоделировать, искажая вид потенциала. Такой приём приводится в книге знаменитого Э. Ферми (см. "Конспект лекций по квантовой механике"). Искусственно искажая потенциал, прослеживают, как это влияет на уровни АО. Для этого в модельный потенциал вводится дополнительный параметр :

. (1)

При ®0 получается предельное выражение вида , но искомое искажение центрального кулоновского потенциала достигается при ¹ 0.

Последствия такого искажения потенциала хорошо знакомы даже начинающему химику.

Уровни АО в водородоподобном ионе зависят только от главного квантового числа n и характеризуются очень высокой кратностью вырождения. Иными словами энергия всех состояний с разными l но с одним и тем же n одна и та же, т.е. все АО принадлежат одному и тому же уровню. При возмущении потенциала такой уровень расщепляется, и из него возникают несколько новых уровней, которые зависят уже не только от общего главного, но и от побочного квантового числа.

Их часто ещё называют подуровнями, как бы подчёркивая, что у них общее главное квантовое число, и все они остаются внутри некоторого сравнительно узкого интервала значений.

Расщеплённые уровни АО многоэлектронного атома подчиняются правилу Клечковского-Маделунга: "Уровни АО многоэлектронного атома возрастают с увеличением суммы двух квантовых чисел n+l, а при равных значениях суммы n+l глубже лежит уровень с меньшим значением n (т.е. большим l)".

Последовательность энергетических уровней АО многоэлектронного атома подчиняется правилу Клечковского-Маделунга.

n+l

N,l

АО

n+l

n,l

АО

n+l

n,l

АО

n+l

n,l

АО

n+l

n,l

АО

n+l

n,l

АO

1

1,0

1s

3

2,1

2p

5

3,2

3d

6

4,2

4d

7

4,3

4f

8

5,3

5f

2

2,0

2s

3,0

3s

4,1

4p

5,1

5p

5,2

5d

6,2

6d

4

3,1

3p

5,0

5s

6,0

6s

6,1

6p

7,1

7p

4,0

4s

7,0

7s

8,0

8s

Страницы: 1 2

Смотрите также

Охрана труда сегодня, как никогда, актуальна
Опыт крупнейших мировых компаний показывает, что охрану труда высшие руководители считают одним из главных приоритетов. Так, из десятков показателей деятельности предприятия охрану труда и здоровья св ...

Ртуть и ее соединения
...

Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз»
...