2. Зависимость вероятности пребывания электрона в данной точке пространства от ее отдаленности от ядра
Рассмотрим зависимость вероятности пребывания электрона в данной точке пространства от ее отдаленности от ядра на примере 1s-электрона атома водорода. Цифра 1 показывает, что главное квантовое число n = 1, а буква s — равенство нулю его орбитального квантового числа: l = 0.
Вероятность обнаружения электрона на малых расстояниях от ядра, так же, как и на больших близка к нулю. На некотором расстоянии от ядра вероятность нахождения электрона максимальна.
Для атома водорода это расстояние точно совпадает с радиусом 1-й боровской орбиты и равно 0,053 нм.
Однако следует иметь в виду, что по Бору эта величина показывает, на каком расстоянии от ядра электрон находится, а по представлениям квантовой механики это расстояние отвечает максимальной вероятности обнаружения электрона. Следовательно, в отличие от модели атома по Бору электрон может находиться и на других расстояниях от ядра — как меньших, так и больших 0,053 нм.
Характер зависимости для 1s-электрона свидетельствует о том, что электронное облако 1s-электрона обладает сферической симметрией, т. е. имеет форму шара с ядром в центре. s-электроны с главным квантовым числом (n), равным 2, 3, 4… также обладают сферической симметрией.
По мере того, как главное квантовое число возрастает, расстояние наиболее вероятного пребывания электрона от ядра также увеличивается, и электронное облако становится более размытым.
Для 2p-электронов (главное квантовое число n = 2, орбитальное квантовое число l = 1) кривая зависимости вероятности обнаружения электрона от расстояния имеет максимум.
Такому распределению вероятности обнаружения 2p-электрона соответствует форма электронного облака, напоминающая двойную грушу или восьмерку. Магнитное квантовое число 2p-электронов может иметь 3 значения: -1, 0 и +1, что соответствует ориентации восьмерки вдоль трех координатных осей: x, y, z.
Иными словами, 3 p-электронных облака ориентированы в пространстве во взаимно перпендикулярных направлениях. Поэтому 3 2p-электронных облака обозначают так: 2px, 2py, 2pz. Электроны всех 3-х 2p-орбиталей имеют одинаковую энергию. Как и в случае s-электронов, p-орбитали становятся более размытыми, когда главное квантовое число возрастает, однако сохраняют ту же симметрию — подобны восьмерке.
Для 3d-электронов (главное квантовое число n = 3, орбитальное квантовое число l = 2) возможны 5 вариантов пространственного расположения электронного облака, отвечающие 5 значениям магнитного квантового числа (m): -2, -1, 0, +1, +2. Все электроны 3d-орбиталей имеют одинаковую энергию.
