Lecție despre numere cuantice - capitol Fizica atomului

1. MODELE ATOMICE
Numere cuantice

2. Atomul – sistem cuantic
 Atomul este format din particule cuantice (sisteme
cuantice) :
- Nucleul - central (sistem cuantic, masiv, de mici
dimensiuni, pozitiv) – format din protoni și neutroni
, ca particule cuantice.
- Electronii în învelișul electronic (particule cuantice –
cu comportare duală de undă și corpuscul)

3. Numere cuantice
Necesitatea caracterizării atomului printr-un ansamblu de numere cuantice
 În atom există mai multe interacțiuni la care sunt supuși
electronii:
- interacțiunea electrostatică principală (coulombiană) electron
– nucleu – cea mai puternică;
- Interacțiunea electrică dintre electroni;
- Interacțiunea cu câmpul magnetic sau electric exterior (atunci
când există);
- Interacțiuni de tip magnetic intrinseci (interioare atomului)
datorate mișcărilor electronului.
 Toate aceste interacțiuni necesită caracterizarea prin numere
cuantice diferite

4. Numere cuantice
 Astfel energia unui electron în atom este caracterizată
de o serie de termeni
E = EnB+ α + β + γ +.......
 Termenii energetici succesivi caracterizează câte o
interacțiune asupra electronilor având intensități din
ce în ce mai mici.
 Numerele cuantice (pentru modelul propus) sunt :
n, l, m, ms

5. Caracterizarea minimă a numerelor cuantice
 Notația și numele numărului cuantic
 Relația de definiție
 Mărimea cuantificată
 Interacțiunea cuantificată
 Valorile posibile
 Simboluri cuantice asociate
 Fenomene fizice prin care se verifică necesitatea
numărului cuantic respectiv

6. Numărul cuantic principal „n”
 Relația de definiție:
 Mărimea cuantificată : energia nivelului Bohr
 Interacțiunea cuantificată: - interacțiunea principală
de tip electrostatic dintre electron și nucleu
 Valori posibile n = 1,2,3,...............
 Simboluri cuantice speciale asociate valorilor
succesive ale lui n: K,L,M,N,O,P,Q,.....

7. Numărul cuantic principal „n”
 Valorilor lui „n” le corespund nivelele (păturile)
energetice electronice denumite prin simbolurile
cuantice speciale de mai jos:
n 1 2 3 4 5 6 7
simbol K L M N O P Q

8. Numărul cuantic orbital „l”
 Relația de definiție:
 Mărimea cuantificată : modulul momentului cinetic
orbital
 Valori posibile pentru un număr cuantic „n” dat sunt
l = 0,1,2,3,4................., n-1
 Simboluri cuantice speciale asociate valorilor
succesive ale lui l sunt: s,p,d,f.........

9. Numărul cuantic orbital „l”
 Valorilor lui „l” le corespund subnivelele
(subpăturile) energetice electronice sau orbitalii
denumiți prin simbolurile cuantice speciale de mai
jos:
l 0 1 2 3 4
simbol s p d f ..

10. Fenomene prin care se verifică necesitatea
numărelor cuantice „n” și „l”
Existența spectrelor discrete ale
atomului, a seriilor spectrale și a
liniilor spectrale din seriile spectrale
Prin metode de investigație moderne
au fost vizualizați orbitalii și au
chiar formele presupuse de
modelele matematice.

11. Spectrele atomice verifică experimental
existența nivelelor energetice și orbitalilor

12. Numărul cuantic magnetic „m”
 Relația de definiție: Lz= mħ
 Mărimea cuantificată : proiecția pe o axă Oz a
momentului cinetic orbital
 Interacțiunea cuantificată: - interacțiunea magnetică
dintre mișcarea orbitală a electronului (caracterizată
printr-un câmp magnetic orbital) și un câmp magnetic
exterior de inducție magnetică B
 Valori posibile pentru un număr cuantic orbital „ l” dat
m = -l,-l+1, .......-1,0, ..............l-1, l
 m are 2l+1 valori pentru un l dat.

13. Numărul cuantic magnetic „m” și numărul orbitalilor
 Ce importanță are numărul cuantic magnetic „m”
pentru stările electronice?
 Numărul valorilor lui „m” pentru un număr cuantic
orbital „l” arată numărul orbitalilor de un anumit tip
precizați de numărul cuantic „l” și anume
2l+1 orbitali

14. Numărul cuantic magnetic „m” și numărul orbitalilor
 EXEMPLE:
 l = 0 ; 2*0+1 = 1orbital tip „s” cu m = 0;
 l = 1 ; 2*1+1 = 3 orbitali tip „p” cu m = -1,0, +1;
 l = 2 ; 2*2+1 = 5 orbitali tip „d” cu
m = -2,-1,0,+1,+2;
 l = 3 ; 2*3+1 = 7 orbitali tip „f” cu
m = -3,-2,-1,0,+1,+2,+3;
 l = 4 ; 2*4+1 = 9 orbitali tip „g”
m = -4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4

15. Forma spațială a diferitelor tipuri de orbitali
electronici s, p, d, f, g și numărul orbitalilor

16. Efectul Zeeman
evidențierea numărului cuantic „m”
 Efectul Zeeman constă în multiplicarea liniilor
spectrale ale atomului datorită interacțiunii magnetice
dintre câmpul magnetic orbital și un câmp magnetic
exterior B după numărul valorilor numărului cuantic
magnetic „m”
Modelare Spectrogramă

17. Numărul cuantic de spin „s”
 Relația de definiție:
 Mărimea cuantificată : modulul momentului cinetic de
spin
 Interacțiunea cuantificată: - „rotația proprie a
electronului”
 Valori posibile: pentru electron s =1/2 ( electronul este
un fermion – particulă cu spin semiîntreg)

18. Numărul cuantic magnetic de spin „ms”
 Relația de definiție: Sz= msħ
 Mărimea cuantificată : proiecția pe o axă Oz a
momentului cinetic de spin
 Interacțiunea cuantificată: - interacțiunea de tip
magnetic dintre câmpul magnetic al rotației proprii a
electronului și câmpul magnetic al mișcării orbitale a
electronului numită interacțiune „spin – orbită”
 Valori posibile pentru numărul cuantic de spin „ s” dat
ms = -1/2, +1/2
 ms are 2s+1 valori pentru un s dat, adică 2 valori.

19. Structura fină a liniilor spectrale
 Prin structura fină a liniilor spectrale se înțelege
dublarea liniilor spectrale ale atomului datorită
interacțiunii magnetice spin – orbită ,asemănătoare
efectului Zeeman, dar de intensitate mult mai mică
Spectrograme ale hidrogenului
sus – nu se vede structura fină a liniilor spectrale
jos – se observă structura fină a liniilor spectrale cu
ajutorul unui spectroscop cu rezoluție mai bună