Pregunta sobre subcapas atómicas

En la mecánica cuántica, uno puede formar una sólida comprensión de estos asuntos. El ejemplo conceptualmente más simple que demuestra la física esencial es, por supuesto, el átomo de hidrógeno. Al resolverlo, encontramos que (la parte espacial de) los autoestados permitidos del hamiltoniano están parametrizados por tres números cuánticos,$n$,$\ell$y$m$. Entonces tenemos$\psi_{nlm}$En la derivación matemática, uno se ve obligado a asumir las siguientes cosas:

1. $n \in \mathbb{Z_+}$
2. $\ell=0,1,\dots,n-1$
3. $m=-\ell,-\ell+1,\dots,\ell-1,\ell$

Ahora, cada valor diferente de$n$corresponde a una capa de electrones. Como podemos ver,$n=1$solo permite$\ell=m=0$. A algunas personas (p. ej., químicos, pero también muchos físicos) les gusta reemplazar las etiquetas$\ell=0,1,2,3,4,\dots$con las etiquetas$s,p,d,f,g,\dots$, pero realmente no hay diferencia conceptual aquí.

Ahora, el principio de exclusión de Pauli nos dice que los electrones no pueden ocupar exactamente el mismo estado. Entonces, uno llega a la conclusión de que la capa de energía más baja solo permite un solo electrón. Debido al espín (cada electrón puede tener espín$\uparrow$o$\downarrow$) en realidad hay dos electrones permitidos en la capa más baja, pero este no es un punto esencial aquí. Lo que debe quedar claro es que el número de permitidos$\ell$-los valores dependen de$n$, y ciertamente no siempre es cinco .

La forma en que los estados de electrones permitidos se "llenan" en situaciones prácticas que involucran átomos más complejos que el hidrógeno, por supuesto, generalmente son difíciles de entender (analíticamente), y los estados a menudo no se llenan en el orden que uno podría esperar del etiquetado. sistema (es decir, primero llenando todos$n=4$antes de cualquier$n=5$estados), pero estos temas no son esenciales aquí.