В современной модели атома состояние в нем электрона определяется четырьмя параметрами – квантовыми числами.

n – главное квантовое число,

l – орбитальное квантовое число,

m_l – магнитное квантовое число,

m_s – спинное квантовое число.

n – соответствует энергетическому уровню (или периоду ПСХЭ).

Главное квантовое число n характеризует энергию и размеры орбитали и электронного облака, принимает значения целых чисел – от 1 до бесконечности (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6…). Орбитали, имеющие одинаковые значения n, близки между собой по энергии и по размерам, они образуют один энергетический уровень.

Энергетический уровень – это совокупность орбиталей, имеющих одинаковое значение главного квантового числа. Энергетические уровни обозначают либо цифрами, либо большими буквами латинского алфавита (1 – K, 2 – L, 3 – M, 4 – N, 5 – O, 6 – P, 7 – Q). С увеличением порядкового номера энергия орбиталей увеличивается.

Электронный слой – это совокупность электронов, находящихся на одном энергетическом уровне.

На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака, имеющие различные геометрические формы.

l – соответствует энергетическому подуровню: l = n – 1.

Побочное (орбитальное) квантовое число l характеризует формы орбиталей и облаков, принимает значения целых чисел от 0 до n – 1.

Орбитали, для которых l = 0, имеют форму сферы и называются s-орбиталями. Они содержатся на всех энергетических уровнях, причем на К-уровне есть только s-орбиталь.

Орбитали, для которых l = 1, имеют форму вытянутой восьмерки и называются р-орбиталями. Они содержатся на всех энергетических уровнях, кроме первого (К).

Орбитали, для которых l = 2, называются d-орбиталями. Их заполнение электронами начинается с третьего энергетического уровня.

Заполнение f-орбиталей, для которых l = 3, начинается с четвертого энергетического уровня.

Энергия орбиталей, находящихся на одном энергетическом уровне, но имеющих разную форму, неодинакова: E_s < E_p < E_d < E_f, поэтому на одном уровне выделяют разные энергетические подуровни.

Энергетический подуровень – это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму. Орбитали одного подуровня имеют одинаковые значения главного и побочного квантовых чисел, но отличаются направлением (ориентацией) в пространстве.

m_l – соответствует положению электронной орбитали в пространстве на энергетическом подуровне и принимает значения «-», «0», «+».

Магнитное квантовое число m_l характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от –l через 0 до +l. Число значений m_l определяет число орбиталей на подуровне, например:

s-подуровень: l = 0, m_l = 0 – одна орбиталь;

p-подуровень: l = 1, m_l = –1, 0, +1 – три орбитали;

d-подуровень: l = 2, m_l = –2, –1, 0, +1, +2 – пять орбиталей;

f-подуровень: l = 3, m_l = –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 – семь орбиталей

Таким образом, число орбиталей на подуровне равно 2l + 1. Общее число орбиталей на одном энергетическом уровне – n². Общее число электронов на одном энергетическом уровне – 2n². Графически любая орбиталь изображается в виде клетки (квантовой ячейки).

Итак, каждая орбиталь и электрон, находящийся на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: главным, побочным и магнитным. Электрон характеризуется еще одним квантовым числом – спином.

m_s – соответствует спину (вращение электрона вокруг своей оси по часовой или против часовой стрелки) и обозначается: +1/2 и -1/2.

Спиновое квантовое число m_s, спин (от англ. s pin – кружение, вращение) – характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и -1/2. Электрон со спином +1/2 – это первичный на орбитале электрон, условно изображают так:

; со спином -1/2 – это повторный на орбитале электрон, условно изображают так: 

.

Помните: Квантовыми числами описывается только последним поставленный электрон.

l            0             1                               2                                                 3

              s             p                           d                                                 f

n     4

0

-1

0

+1

-2

-1

0

+1

+2

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3

            m_l

Примеры:

По электронной формуле и энергетическим ячейкам	По квантовым числам
12 Mg 1s22s22p63 s2   3 s2          3p0                         3d0 ↑↓                     2s2                2p6 ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s2 ↑↓	12 Mg 3n l0 ml0 ms-1/2   3n l0   3 s2          3p0                         3d0 ↑↓                     ml0 ms-1/2
14 Si 1s22s22p63s23 p2   3 s2          3p2                         3d0 ↑↓   ↑ ↑               2s2                2p6 ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s2 ↑↓	14 Si  3n l1 ml0 ms+1/2   3n l1 3 s2          3p2                         3d0 ↑↓   ↑ ↑                               ml0 ms+1/2

Различные состояния электронов в атоме неравноценны, и электронные орбитали заполняются электронами строго определенным образом, подчиняясь следующим основным закономерностям: