by 
Καλησπέρα συνάδελφοι,
μετά από παρατήρηση μαθητή θέλω να αναφέρω τα εξής:
Στο σχολικό βιβλίο γράφει:
“Τέλος, ορίστηκε ο τέταρτος κβαντικός αριθμός, ο κβαντικός αριθμός του spin (ms), ο οποίος όμως δε συμμετέχει στη διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας του ηλεκτρονίου και κατά συνέπεια στον καθορισμό του ατομικού τροχιακού.”
Επίσης γνωρίζοντας ότι η εξίσωση Schrodinger υπολογίζει την ενέργεια του ηλεκτρονίου και την πιθανόττητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε ορισμένο χώρο, και ότι οι λύσεις της εξίσωσης Schrodinger είναι τα ατομικά τροχιακά, τα οποία χαρακτηρίζονται από τρεις κβαντικούς αριθμούς, αφήνεται να εννοηθεί ότι στη διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας του ηλετρονίου παίρνουν μέρος και οι τρεις κβαντικοί αριθμοί (n, l, ml).
Όμως από την άλλη, για δεδομένα n και l, τα ατομικά τροχιακά έχουν την ίδια ενέργεια (π.χ. px, py, pz). Εάν π.χ. έχω δύο ηλεκτρόνια, ένα στο px και ένα στο py, αυτά έχουν την ίδια ενέργεια (η οποία δεν εξαρτάται από τον ml). Τι απαντάμε στον μαθητή;
Για να το κάνω και πιο συγκεκριμένο. Σε ενδεχόμενη ερώτηση: Για να περιγράψω την ενεργειακή κατάσταση ενός ηλεκτρονίου (σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο) χρειάζομαι α) το n και το l ή β) το n, το l και το ml;
Σας ευχαριστώ εκ των προτέρων.
Καλημέρα Γιώργο.
Νομίζω ότι η σωστή απάντηση είναι η α). Η ενέργεια του ηλεκτρονίου καθορίζεται από τις τιμές των κβαντικών αριθμών n και l.
Στο βιβλίο υπάρχει το ενεργειακό διάγραμμα του σχήματος, το οποίο δεν αφήνει ενδεχόμενο διαφοροποίησης ενεργειακής κατάστασης μεταξύ ηλεκτρονίων της ίδιας υποστιβάδας.
Καλημέρα Γιώργο.
Στο άτομο του υδρογόνου οι πιθανές καταστάσεις του χαρακτηρίζονται από 4 κβαντικούς αριθμούς (n,l,ml,ms) αλλά η ενέργειά του εξαρτάται μόνον από τον κύριο κβαντικό αριθμό n, οπότε παρατηρείται εκφυλισμός ως προς l,ml,ms.
Σε πολύ -ηλεκτρονιακά άτομα η ενέργεια εξαρτάται από τους δύο πρώτους κβαντικούς αριθμούς n και l και παρατηρείται εκφυλισμός ως προς τους ml και ms (αυτό γιατί την ενέργεια διορθώνουν οι απωστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός ηλεκτρονίου και του νέφους των ηλεκτρονίων που είναι γύρω από αυτό, συνεπώς στην διόρθωση συμμετέχει ο δευτερεύων κβαντικός αριθμός l).
Τα παραπάνω ισχύουν σε πρώτη προσέγγιση στην λύση της εξίσωσης του Scroedinger. Στην πράξη στο άτομο του υδρογόνου (το μοναδικό άτομο στο οποίο έχουμε ακριβείς αναλυτικές λύσεις) οι κβαντικοί αριθμοί l και ms για την στροφορμή και το σπιν του ηλεκτρονίου, δημιουργούν στον χώρο γύρω τους ένα μαγνητικό πεδίο ο καθένας. Τα πεδία αυτά αλληλεπιδρούν, οπότε η ενέργεια πρέπει να διορθωθεί λόγω αλληλεπίδρασης σπιν -τροχιάς (λεπτή υφή) και τώρα οι ενεργειακές καταστάσεις εξαρτώνται από τους κβαντικούς αριθμούς n,l,ms και παρατηρείται εκφυλισμός μόνον ως προς το ml. Αλλά η αλληλεπίδραση αυτή είναι πέντε τάξεις μεγέθους κάτω από την ενέργεια της θεμελιώδους κατάστασης του υδρογόνου, οπότε σε πρώτου βαθμού προσέγγιση αγνοείται. Προφανώς για αυτό το σχολικό βιβλίο αναφέρει ότι ο αριθμός ms δεν συμμετέχει στον καθορισμό της ενέργειας του ηλεκτρονίου.
Ανάλογες είναι και οι διορθώσεις που θα πρέπει να γίνουν σε πολύ -ηλεκτρονιακά άτομα, για τα οποία δεν υπάρχουν αναλυτικές λύσεις. Για τον λόγο αυτό καταφεύγουμε στους κανόνες επιλογής και την απαγορευτική αρχή του Pauli για τον εποικισμό των ηλεκτρονίων στα άτομα.
Δεν διδάσκω χημεία οπότε η απάντηση που σου δίνω είναι μόνον ως φυσικός. Θα έλεγα στον μαθητή ότι, στα πλαίσια του σχολικού βιβλίου, η σωστή απάντηση είναι η (α) και θα τόνιζα ότι είναι άλλο οι πιθανές καταστάσεις που έχει ένα ηλεκτρόνιο ως προς τους κβαντικούς του αριθμούς και άλλο η ενέργεια σε κάθε κατάσταση. Υπάρχουν διαφορετικοί συνδυασμοί κβαντικών αριθμών με την ίδια ενέργεια (εκφυλισμός).
Καλησπέρα. Γενικά συμφωνώ με τους προλαλήσαντες. Να συμπληρώσω ακόμα ότι ο ml επηρεάζει την ενέργεια των τροχιακών όταν το άτομο βρεθεί μέσα σε μαγνητικό ή ηλεκτρικό πεδίο (φαινόμενα Zeeman και Stark αντίστοιχα, σχάση των φασματικών γραμμών). Κι αυτό διότι τότε παίζει ρόλο ο προσανατολισμός του τροχιακού που καθορίζεται από τον ml…
Σας ευχαριστώ συνάδελφοι για την άμεση ανταπόκριση σας.