Kvantová čísla

Stavba elektronového obalu je relativně složitá, protože závisí na poloze elektronu v prostoru atomového obalu. Místa, kde se elektrony nacházejí s největší pravděpodobností, jsou atomové orbitaly.

V prostorovém případě bude kvantový stacionární stav elektronu určen ne jedním, ale třemi kvantovými čísly:

1. hlavním kvantovým číslem n - nabývá hodnot  a určuje energii příslušného stacionárního stavu atomu vodíku

2. vedlejším (orbitálním) kvantovým číslem l - nabývá hodnot  a určuje tvar atomového orbitalu

K danému hlavnímu číslu n je tedy celkem n různých vedlejších čísel l. To znamená, že orbital popsaný hlavním číslem n může mít celkem n různých tvarů.

3. magnetickým kvantovým číslem m - nabývá hodnot  a určuje orientaci atomového orbitalu v prostoru. Pro dané kvantové číslo l tedy nabývá celkem  hodnot.

To znamená, že každý z tvarů orbitalů popsaných vedlejším kvantovým číslem l může být v prostoru orientován celkem  způsoby.

Danému hlavnímu kvantovému číslu n tedy odpovídá celkem  kvantových stavů rozlišených čísly l a m.

Trojice čísel n, l, m udává také rozložení pravděpodobnosti výskytu elektronu v prostoru. Toto rozložení se většinou znázorňuje tak, že se vymezí oblast, v níž je výskyt elektronu dán s vysokou pravděpodobností (95 % až 99 %). Hovoří se o tzv. atomovém orbitalu elektronu.

Atomový orbital je ta část elektronového obalu atomu, ve které se (s pravděpodobností 95 % až 99 %) nacházejí elektrony daného atomu.

Orbital je tedy ten prostor v okolí jádra atomu, ve kterém se elektron nachází s uvedenou pravděpodobností 95 % až 99 %. Tvar a orientaci orbitalu je přitom popsána pomocí kvantových čísel.

Představa atomu jako jádra sedícího uprostřed prázdné koule a kolem něj obíhajících „kuliček“ představující elektrony není správná. Skutečnosti se více blíží představa atomu, ve kterém kolem centrální „kuličky“ (jádra atomu) poletuje „mrak elektronů“. Tento „mrak elektronů“ je v některých místech hustší, v jiných místech je velmi řídký. Ta místa, kde je tento „mrak elektronů“ nejhustší, se nazývají atomové orbitaly.

Na obr. 42 je zobrazen model orbitalu odpovídajícího kvantovým číslům n = 1,  l = 1 a m = 0, na obr. 43 je orbital odpovídající kvantovým číslům n = 1, l = 2 a m = 1.

Obr. 42	Obr. 43

 

Ve spektroskopii je zvykem označovat jednotlivé stavy hlavním kvantovým číslem a vedlejší kvantová čísla vyjadřovat písmeny s, p, d, f, g, …, která odpovídají po řadě hodnotám . Zaplňování orbitalů elektrony se řídí Pauliho vylučovacím principem a Hundovým pravidlem. Tak např. stav  je určen kvantovými čísly n = 3 a l = 2. Stavy s jsou kulově symetrické, tj. pravděpodobnost výskytu elektronu v nich závisí jen na vzdálenosti od jádra. V klasické makroskopické fyzice by takový mechanický pohyb částice v poli centrálních sil nebyl možný.

Např. planety se pohybují kolem Slunce vždy po rovinných trajektoriích.