Что такое главное квантовое число

Что такое главное квантовое число — это величина n, принимающая целые значения 1, 2, 3 и так далее, которая определяет энергию электрона и размер электронного слоя в атоме. Чем больше значение n, тем дальше электрон от ядра в среднем и тем выше его энергия. Каждому значению n соответствует свой энергетический уровень, обозначаемый буквами K, L, M, N по порядку.

$E_n = -\frac{13{,}6}{n^2}\text{ эВ}$

Разбор по случаям

Примеры

Энергия электрона на первом уровне водорода. Для атома водорода при $n = 1$ энергия электрона находится по формуле $E_n = -\frac{13{,}6}{n^2}\text{ эВ}$: $E_1 = -\frac{13{,}6}{1^2} = -13{,}6\text{ эВ}$.

Знак минус показывает, что электрон связан с ядром, а само число — сколько энергии нужно затратить, чтобы оторвать его от атома полностью.

Число электронов на третьем уровне. Для уровня с $n = 3$ максимальное число электронов находим по формуле $N_e = 2n^2$: $N_e = 2 \cdot 3^2 = 2 \cdot 9 = 18$.

Именно поэтому третий электронный слой у элементов побольше способен вместить восемнадцать электронов, распределённых по подуровням 3s, 3p и 3d.

Частые ошибки

• Считают, что главное квантовое число показывает точное расстояние электрона до ядра, хотя оно задаёт лишь энергетический уровень и средний радиус орбитали.
• Путают главное квантовое число с орбитальным, которое определяет форму орбитали, а не общий запас энергии электрона.
• Забывают, что число орбиталей на уровне растёт пропорционально квадрату n, и ошибаются в подсчёте максимального числа электронов.

Коротко

Что такое главное квантовое число, проще всего понять через энергию: n показывает, на каком энергетическом уровне находится электрон и насколько сильно он связан с ядром атома. От значения n напрямую зависят число орбиталей, максимальное число электронов на уровне и расстояние электрона до ядра.