Что такое спин элементарных частиц простыми словами. Что такое спин электрона на самом деле

Определение 1

Спин электрона (и других микрочастиц) -- это квантовая величина, у которой нет классического аналога. Это внутреннее свойство электрона, которое можно уподобить заряду или массе. Понятие спина было предложено американскими физиками Д. Уленбеком и С. Гаудсмитом для того, чтобы объяснить существование тонкой структуры спектральных линий. Ученые предположили, что электрон имеет собственный механический момент импульса , который не связан с движением электронам в пространстве который был назван спином.

Если считать, что электрон имеет спин (собственный механический момент импульса (${\overrightarrow{L}}_s$)), то значит должен иметь собственный магнитный момент (${\overrightarrow{p}}_{ms}$). В соответствии с общими выводами квантовой физики спин квантуется как:

где $s$ -- спиновое квантовое число. Проводя аналогию с механическим моментом импульса, проекция спина ($L_{sz}$) квантуется таким образом, что число ориентаций вектора ${\overrightarrow{L}}_s$ равно $2s+1.$ В опытах Штерна и Герлаха ученые наблюдали две ориентации, то $2s+1=2$, следовательно, $s=\frac{1}{2}$.

При этом проекция спина на направление внешнего магнитного поля определена формулой:

где $m_s=\pm \frac{1}{2}$-магнитное спиновое квантовое число.

Получилось, что экспериментальные данные привели к необходимости введения дополнительной внутренней степени свободы. Для полного описания состояния электрона в атоме необходимы: главное, орбитальное, магнитное и спиновое квантовые числа.

Позднее Дирак показал, что наличие спина следует из полученного им релятивистского волнового уравнения.

Атомы первой валентной группы периодической системы имеют валентный электрон, находящийся в состоянии с $l=0$. При этом момент импульса всего атома равен спину валентного электрона. Поэтому когда обнаружили для подобных атомов, пространственное квантование момента импульса атома в магнитном поле это стало доказательством существования спина только двух ориентаций во внешнем поле.

Спиновое квантовое число, отличаясь от других квантовых чисел, является дробным. Количественную величину спина электрона можно найти в соответствии с формулой (1):

Для электрона имеем:

Иногда говорят, что спин электрона ориентирован по направлению или против направления напряженности магнитного поля. Такое высказывание является неточным. Так как при этом на самом деле имеется в виду направление его составляющей $L_{sz}.$

где ${\mu }_B$ -- магнетон Бора.

Найдем отношение проекций $L_{sz}$ и $p_{ms_z}$, применяя формулы (4) и (5), имеем:

Выражение (6) называют спиновым гиромагнитным отношением. Оно в два раза превышает орбитальное гиромагнитное отношение. В векторной записи гиромагнитное отношение записывают как:

Опыты Эйнштейна и де Гааза определили спиновое гиромагнитное отношение для ферромагнетиков . Это дало возможность определить спиновую природу магнитных свойств ферромагнетиков и получить теорию ферромагнетизма.

Пример 1

Задание: Найдите численные значения: 1) собственного механического момента импульса (спина) электрона, 2) проекции спина электрона на направление внешнего магнитного поля.

Решение:

В качестве основания для решения задачи используем выражение:

где $s=\frac{1}{2}$. Зная величину $\hbar =1,05\cdot {10}^{-34}Дж\cdot с$, проведем вычисления:

В качестве основы для решения задачи используем формулу:

где $m_s=\pm \frac{1}{2}$-магнитное спиновое квантовое число. Следовательно, можно провести вычисления:

Ответ: $L_s=9,09\cdot {10}^{-35}{\rm Дж}\cdot {\rm с},\ L_{sz}=\pm 5,25\cdot {10}^{-35}Дж\cdot с.$

Пример 2

Задание: Каков спиновый магнитный момент электрона ($p_{ms}$) и его проекция ($p_{ms_z}$) на направление внешнего поля?

Решение:

Спиновый магнитный момент электрона может быть определен из гиромагнитного соотношения как:

Собственный механический момента импульса (спина) электрона можно найти как:

где $s=\frac{1}{2}$.

Подставим выражение для спина электрона в формулу (2.1), имеем:

Используем известные для электрона величины:

поведем вычисление магнитного момента:

Из опытов Штерна и Герлаха получено, что $p_{ms_z}$ (проекция собственного магнитного момента электрона) равна:

Вычислим $p_{ms_z}$ для электрона:

Ответ: $p_{ms}=1,6\cdot {10}^{-23}A\cdot м^2,\ p_{ms_z}=9,27\cdot {10}^{-24}A\cdot м^2.$

Сфера торговли идет рука об руку с различными техниками продаж. Один из самых эффективных способов заключить крупную сделку – СПИН-продажи. Эта техника вывела на свет новый подход к продаже: теперь основа влияния продавца должна быть внутри мыслей покупателя, а не внутри товара. Главным инструментом стали вопросы, ответами на которые клиент сам себя убеждает. Как, когда и какие вопросы задавать, чтобы СПИН-продажи работали, узнайте в нашем материале.

Что такое СПИН

SPIN-selling – результат масштабного исследования, которое проанализировали на десятках тысяч деловых встреч в 23 странах мира. Вывод таков: для заключения крупной сделки продавцу нужно знать 4 типа вопросов (ситуационные, проблемные, извлекающие, направляющие) и задавать их в подходящее время. СПИН-продажи – это, говоря простым языком, превращение любой сделки в воронку вопросов, которые из интереса делают потребность, развивают ее в необходимость и заставляют человека самому прийти к выводу заключить сделку.

СПИН-продажи – это превращение любой сделки в воронку вопросов, которые из интереса делают потребность, развивают ее в необходимость и заставляют человека самому прийти к выводу заключить сделку.

Недостаточно описать преимущества продукта – вы должны создать его картину, основываясь на удовлетворяемых им потребностях и решаемых проблемах. Не просто «наши автомобили качественные и надежные», а «закупка наших автомобилей снизит затраты на ремонт на 60%».

С помощью нужных вопросов клиент убеждается в том, что изменения необходимы, и ваше предложение – способ изменить ситуацию к лучшему, ценное дополнение для успешного бизнеса.

Главная особенность и большой плюс техники СПИН-продаж – ориентация на клиента, а не на продукт или предложение. Рассматривая человека, вы увидите его скрытые , так ваше поле для убеждения расширится. Основной метод этой техники – вопрос – позволяет не довольствоваться общей характеристикой всех покупателей, а выявлять индивидуальные черты.

Техника воздействия

Начните с того, чтобы не думать о том, как продать. Думайте о том, как и почему клиенты выбирают, покупают продукт и что вызывает сомнения. Нужно понимать, через какие этапы проходит клиент, принимая решение. Сначала он сомневается, чувствует неудовлетворенность, наконец, видит проблему. В этом система СПИН-продаж: нащупать скрытые потребности клиента (это та неудовлетворенность, которую он не осознает и не признает как проблему) и превратить их в явные, четко ощущаемые покупателем. На этом этапе вам пригодятся лучшие способы выявления потребностей и ценностей – ситуационные и проблемные вопросы.

Технология СПИН регулирует 3 стадии сделки:

• Оценка вариантов.

Осознав, что пришла пора изменений, клиент оценивает доступные варианты по определенным им критериям (цена, скорость, качество). Вам нужно повлиять на те критерии, в которых сильно ваше предложение, и избегать сильных сторон конкурентов или ослаблять их. Будет неловко, если компания, славящаяся демократичными ценами, но не оперативностью, извлекающим вопросом «Насколько зависит прибыль от своевременных поставок?» наведет клиента на мысль о компании-конкуренте.

Когда покупатель, наконец, признает ваше предложение лучшим, он попадает в замкнутый круг сомнений, из-за которых так часто застывают сделки. Вы помогаете клиенту преодолеть страхи и прийти к окончательному решению.

Вопросы СПИН-продаж

Вместе с клиентом с помощью вопросов вы формируете логическую цепочку: чем она длиннее, чем сложнее покупателю было ее составлять, тем убедительнее она для него выглядит. Каждый из типов вопросов должен соответствовать этапу, на котором находится клиент. Не стоит забегать вперед: не рекламируйте свой товар, пока покупатель не осознал потребность в нем. Правило работает и по-другому: если клиент считает ваш продукт слишком дорогим, он просто еще не объяснил сам себе (с помощью вопросов), что он нужен покупателю очень сильно, и эта потребность стоит таких денег. Типы и примеры вопросов перед вами.

Ситуационные вопросы

С них начинается логическая цепочка – вы узнаете нужную информацию и выявляете скрытые потребности. Правда, этот тип вопросов неуместен на последних стадиях переговоров, а также в большом количестве раздражают собеседника, создавая ощущение допроса.

Например:

• Из каких должностей состоит ваш штат сотрудников?
• Помещение какого размера вы арендуете?
• Оборудование какой марки вы используете?
• Каковы цели покупки автомобиля?

Проблемные вопросы

Задавая их, вы заставляете клиента задуматься о том, устраивает ли его текущая ситуация. Будьте аккуратны с этим типом вопросов, чтобы клиент не задумался, нужен ли вообще ему ваш продукт. Сохраняйте готовность в любой момент предложить решение.

Например:

• Возникают ли у вас трудности с неквалифицированными работниками?
• Доставляет ли неудобство помещение таких размеров?
• Является ли для вас проблемой быстрый износ оборудования?

Извлекающие вопросы

С их помощью вы предлагаете клиенту расширить проблему, задуматься о ее последствиях для бизнеса и жизни. С извлекающими вопросами нельзя спешить: если покупатель еще не понял, что у него есть серьезная проблема, он будет раздражен вопросами о ее последствиях. Не меньше раздражения вызывает шаблонность как проблемных, так и извлекающих вопросов. Чем разнообразнее и естественнее они прозвучат, тем эффективнее окажутся.

Например:

• Приводят ли к крупным затратам частые поломки некачественного оборудования?
• Увеличивается ли простой линии из-за перебоев в поставке материалов?
• Какую часть прибыли вы теряете каждый месяц, когда линия простаивает?

Направляющие вопросы

Развеивают сомнения, клиент убеждает себя в том, что ваше предложение оптимально для наиболее эффективного решения своей проблемы.

• Более надежное оборудование сократит расходы на его обслуживание?
• Как вы думаете, просторный офис позволит нанять больше персонала и расширить возможности бизнеса?
• Если ваш бизнес будет использовать автомобили с большим багажником, вы будете терять меньше клиентов?

Чтобы разбавить однотипные вопросы и не превращать переговоры в допрос, используйте привязки. Перед вопросом оставьте место небольшому предисловию, содержащему, например, факты или небольшую историю.

Существует три типа привязок – к высказываниям покупателя, к вашим личным наблюдениям, к ситуациям третьей стороны. Так вы разбавите ряд вопросов и объедините их в сбалансированный разговор. Предлагаем просмотреть скрипты , в том числе и видео , чтобы понять, как правильно использовать вопросы.

Подводные камни СПИН-продаж

Любую технику продаж ждут как похвалы, так и критика. Тенденция не обошла и СПИН-продажи. Свои недостатки они проявляют со стороны продавцов: он задает в основном закрытые вопросы, такая игра в «данетки» увеличивает количество вопросов и быстро надоедает. Больше вопросов становится и из-за нехватки информации о клиенте – к каждому из них предстоит найти свой подход.

Покупатели, на которых уже десятки лет отрабатывают сотни способов манипуляций, стали к ним чувствительными. СПИН-продажи также манипулируют клиентом, заставляя думать, что это он выбирает путь изменений. Нужно быть аккуратным в выборе вопросов и держать ситуацию под таким контролем, чтобы покупателю и в голову не пришло, что решает не он. Кроме того, технология СПИН-продаж обходит стороной презентацию товара, этап завершения сделки, а также мелкие розничные продажи, ориентируясь на крупные сделки.

Нужно быть аккуратным в выборе вопросов и держать ситуацию под таким контролем, чтобы покупателю и в голову не пришло, что решает не он.

СПИН – многообещающая техника продаж. В процессе вы узнаете все нужные сведения, хотя предварительная подготовка тоже важна: узнайте предложения конкурентов, решите, на каких преимуществах своего продукта будете делать акцент. Регулярные тренировки с записями бесед и наращивание мышц в реальных переговорах приведут вас к совершению желанных сделок.

Я не фанатик и довольно трезво и критично смотрю на вещи. Странно, что как только появляется новая оригинальная методика (в любых сферах) — тут же наряду с явными почитателями появляются яростные критики. Так было с отличной и оригинальной методикой натурального тренинга мышц Мак Роберта Стюарта, описанного им в книге «Думай». Так было с методикой успешного знакомства с женщинами созданного Эриком фон Марковиком (Мистери) и описанного им в своей книге «Метож Мистери»…Герострат сжёг библиотеку в Афинах в попытке прославитсья, и ему удалось и то, и другое)) Реакция человечества не изменилась за последние столетия. Разве что стала чуть мягче и безопасней для новатора) Думаю, что Джордано Бруно, Коперник и Галилей подвергались боле опасной для их жизни критике и последствиям) Если читатель не скован узостью мышления и обладает хотя бы задатками «за деревьями увидеть лес» — он подчерпнёт в методе СПИН много интересных и успешных идей. И использует эту методику на пользу себе в своей работе и обыденной жизни.

В связи с этим говорят о целом или полуцелом спине частицы.

Существование спина в системе тождественных взаимодействующих частиц является причиной нового квантово-механического явления, не имеющего аналогии в классической механике, обменного взаимодействия .

Вектор спина является единственной величиной, характеризующей ориентацию частицы в квантовой механике . Из этого положения следует, что: при нулевом спине у частицы не может существовать никаких векторных и тензорных характеристик; векторные свойства частиц могут описываться только аксиальными векторами ; частицы могут иметь магнитные дипольные моменты и не могут иметь электрических дипольных моментов; частицы могут иметь электрический квадрупольный момент и не могут иметь магнитный квадрупольный момент; отличный от нуля квадрупольный момент возможен лишь у частиц при спине, не меньшем единицы .

Спиновый момент электрона или другой элементарной частицы, однозначно отделённый от орбитального момента, никогда не может быть определён посредством опытов, к которым применимо классическое понятие траектории частицы .

Число компонент волновой функции, описывающей элементарную частицу в квантовой механике, растёт с ростом спина элементарной частицы. Элементарные частицы со спином описываются однокомпонентной волновой функцией (скаляр), со спином 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}} описываются двухкомпонентной волновой функцией (спинор), со спином 1 {\displaystyle 1} описываются четырёхкомпонентной волновой функцией (вектор), со спином 2 {\displaystyle 2} описываются шестикомпонентной волновой функцией (тензор) .

Что такое спин - на примерах

Хотя термин «спин» относится только к квантовым свойствам частиц, свойства некоторых циклически действующих макроскопических систем тоже могут быть описаны неким числом, которое показывает, на сколько частей нужно разделить цикл вращения некоего элемента системы, чтобы она вернулась в состояние, неотличимое от начального.

Легко представить себе спин, равный 0 : это точка - она со всех сторон выглядит одинаково , как её ни крути.

Примером спина, равного 1 , может служить большинство обычных предметов без какой-либо симметрии: если такой предмет повернуть на 360 градусов , то этот предмет вернётся в своё первоначальное состояние. Для примера - можно положить ручку на стол, и после поворота на 360° ручка опять будет лежать так же, как и до поворота.

В качестве примера спина, равного 2 можно взять любой предмет с одной осью центральной симметрии: если его повернуть на 180 градусов, он будет неотличим от исходного положения, и получается за один полный оборот он становится неотличим от исходного положения 2 раза. Примером из жизни может служить обычный карандаш, только заточенный с двух сторон или не заточенный вообще - главное чтобы был без надписей и однотонный - и тогда после поворота на 180° он вернется в положение, не отличимое от исходного. Хокинг в качестве примера приводил обычную игральную карту типа короля или дамы

А вот с полуцелым спином, равным 1 / 2 немножко сложнее: это получается, что в исходное положение система возвращается после 2-х полных оборотов, то есть после поворота на 720 градусов. Примеры:

• Если взять ленту Мёбиуса и представить, что по ней ползет муравей, тогда, сделав один оборот (пройдя 360 градусов), муравей окажется в той же точке, но с другой стороны листа, а чтобы вернуться в точку, откуда он начал, придётся пройти все 720 градусов .

• четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. При повороте коленчатого вала на 360 градусов поршень вернётся в исходное положение (например, верхнюю мёртвую точку), но распределительный вал вращается в 2 раза медленнее и совершит полный оборот при повороте коленчатого вала на 720 градусов. То есть при повороте коленчатого вала на 2 оборота двигатель внутреннего сгорания вернётся в то же состояние. В этом случае третьим измерением будет положение распределительного вала.

На подобных примерах можно проиллюстрировать сложение спинов:

• Два заточенных только с одной стороны одинаковых карандаша («спин» каждого - 1), скреплённые боковыми сторонами друг с другом так, что острый конец одного будет рядом с тупым концом другого (↓). Такая система вернётся в неотличимое от начального состояния при повороте всего на 180 градусов, то есть «спин» системы стал равным двум.
• Многоцилиндровый четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания («спин» каждого из цилиндров которого равен 1/2). Если все цилиндры работают одинаково, то состояния, при которых поршень находится в начале такта рабочего хода в любом из цилиндров, будут неотличимы. Следовательно, двухцилиндровый двигатель будет возвращаться в состояние, неотличимое от исходного, через каждые 360 градусов (суммарный «спин» - 1), четырёхцилиндровый - через 180 градусов («спин» - 2), восьмицилиндровый - через 90 градусов («спин» - 4).

Свойства спина

Любая частица может обладать двумя видами углового момента : орбитальным угловым моментом и спином.

В отличие от орбитального углового момента, который порождается движением частицы в пространстве, спин не связан с движением в пространстве. Спин - это внутренняя, исключительно квантовая характеристика, которую нельзя объяснить в рамках релятивистской механики . Если представлять частицу (например, электрон) как вращающийся шарик, а спин как момент, связанный с этим вращением, то оказывается, что поперечная скорость движения оболочки частицы должна быть выше скорости света, что недопустимо с позиции релятивизма.

Будучи одним из проявлений углового момента, спин в квантовой механике описывается векторным оператором спина s → ^ , {\displaystyle {\hat {\vec {s}}},} алгебра компонент которого полностью совпадает с алгеброй операторов орбитального углового момента ℓ → ^ . {\displaystyle {\hat {\vec {\ell }}}.} Однако, в отличие от орбитального углового момента, оператор спина не выражается через классические переменные, иными словами, это только квантовая величина. Следствием этого является тот факт, что спин (и его проекции на какую-либо ось) может принимать не только целые, но и полуцелые значения (в единицах постоянной Дирака ħ ).

Спин испытывает квантовые флуктуации. В результате квантовых флуктуаций строго определённое значение может иметь только одна компонента спина, например . При этом компоненты J x , J y {\displaystyle J_{x},J_{y}} флуктуируют вокруг среднего значения. Максимально возможное значение компоненты J z {\displaystyle J_{z}} равно J {\displaystyle J} . В то же время квадрат J 2 {\displaystyle J^{2}} всего вектора спина равен J (J + 1) {\displaystyle J(J+1)} . Таким образом J x 2 + J y 2 = J 2 − J z 2 ⩾ J {\displaystyle J_{x}^{2}+J_{y}^{2}=J^{2}-J_{z}^{2}\geqslant J} . При J = 1 2 {\displaystyle J={\frac {1}{2}}} среднеквадратические значения всех компонент из-за флуктуаций равны J x 2 ^ = J y 2 ^ = J z 2 ^ = 1 4 {\displaystyle {\widehat {J_{x}^{2}}}={\widehat {J_{y}^{2}}}={\widehat {J_{z}^{2}}}={\frac {1}{4}}} .

Вектор спина меняет своё направление при преобразовании Лоренца . Ось этого поворота перпендикулярна импульсу частицы и относительной скорости систем отсчёта .

Примеры

Ниже указаны спины некоторых микрочастиц.

На июль 2004 года максимальным спином среди известных барионов обладает барионный резонанс Δ(2950) со спином 15/2. Спин стабильных ядер не может превышать 9 2 ℏ {\displaystyle {\frac {9}{2}}\hbar } .

История

Сам термин "спин" в науку ввели С. Гаудсмит и Д. Уленбек в 1925 г. .

Математически теория спина оказалась очень прозрачной, и в дальнейшем по аналогии с ней была построена теория изоспина .

Спин и магнитный момент

Несмотря на то, что спин не связан с реальным вращением частицы, он тем не менее порождает определённый магнитный момент , а значит, приводит к дополнительному (по сравнению с классической электродинамикой) взаимодействию с магнитным полем . Отношение величины магнитного момента к величине спина называется гиромагнитным отношением , и, в отличие от орбитального углового момента, оно не равно магнетону ( μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} ):

Введённый здесь множитель g называется g -фактором частицы; значения этого g -фактора для различных элементарных частиц активно исследуются в физике элементарных частиц .

Спин и статистика

Вследствие того, что все элементарные частицы одного и того же сорта тождественны , волновая функция системы из нескольких одинаковых частиц должна быть либо симметричной (то есть не изменяется), либо антисимметричной (домножается на −1) относительно перестановки местами двух любых частиц . В первом случае говорят, что частицы подчиняются статистике Бозе - Эйнштейна и называются бозонами . Во втором случае частицы описываются статистикой Ферми - Дирака и называются фермионами .

Оказывается, именно значение спина частицы говорит о том, каковы будут эти симметрийные свойства. Сформулированная Вольфгангом Паули в 1940 году теорема о связи спина со статистикой утверждает, что частицы с целым спином (s = 0, 1, 2, …) являются бозонами, а частицы с полуцелым спином (s = 1/2, 3/2, …) - фермионами .

Обобщение спина

Введение спина явилось удачным применением новой физической идеи: постулирование того, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением частицы в обычном

При изучении спектра атома водорода обнаружили, что они имеют дуплетную структуру (каждая спектральная линия расщеплена на две полоски). Чтобы объяснить это явление предположили, что электрон обладает собственным механическим моментом импульса – спином (). Первоначально спин связывали с вращением электрона вокруг своей оси. Впоследствии выяснилось, что это ошибочно. Спин – это внутреннее квантовое свойство электрона – у него нет классического аналога. Спин квантуется по закону:

где - спиновое квантовое число.

По аналогии с орбитальным моментом импульса, проекция
спина квантуется так, что векторможет принимать
ориентаций. Так как спектральная линия расщепляется только на две части, то ориентацийтолько две:
, отсюда
. Проекция спина на выделенное направление определяется выражением:

где - магнитное квантовое число. Оно может иметь только два значения
.

Таким образом, опытные данные привели к необходимости введения спина. Поэтому для полного описания состояния электрона в атоме необходимо наряду с главным, орбитальным и магнитным квантовыми числами задавать еще магнитное спиновое квантовое число.

Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям.

Состояние каждого электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами:

(
1, 2, 3,…) – квантует энергию,

(
0, 1, 2,…,
) – квантует орбитальный механический момент,

(
0,
,
,…,
) – квантует проекцию момента импульса на заданное направление,

(
) – квантует проекцию спина на заданное направление
.

С возрастанием растет энергия. В нормальном состоянии атома электроны находятся на самых низких энергетических уровнях. Казалось бы, что все они должны быть в состоянии 1s. Но опыт показывает, что это не так.

Швейцарский физик В.Паули сформулировал принцип: в одном и том же атоме не может быть двух электронов с одинаковыми квантовыми числами ,,
,. То есть два электрона должны отличаться по крайней мере значениями одного квантового числа.

Значению соответствуетсостояний, отличающихся значениямии
. Но ещеимеет два значения
и
, значит всего
состояний. Поэтому в состояниях с заданныммогут находиться
электронов. Совокупность электронов с одинаковымназывается слоем, а с одинаковымии- оболочкой.

Поскольку орбитальное квантовое число принимает значения отдо
, число оболочек в слое равно. Количество электронов в оболочке определяется магнитным и спиновым квантовыми числами: максимальное число электронов в оболочке с заданнымравно
. Обозначение слоев и распределение электронов по слоям и оболочкам представлены в таблице 1.

Пользуясь распределением электронов по состояниям можно объяснить периодический закон Менделеева. Каждый последующий атом имеет на один электрон больше, располагается он в состоянии с возможно меньшей энергией.

Периодическая система элементов начинается с простейшего атома водорода. Его единственный электрон находится в состоянии 1s, характеризуемом квантовыми числами
,
и
(ориентация спина произвольна).

В атоме
два электрона находятся в 1sсостоянии с антипараллельными спинами. На атоме
заканчивается заполнениеK-слоя, что соответствует завершению 1 периода Периодической системы Менделеева.

У атома
3 электрона. Согласно принципу Паули третий электрон уже не может разместиться в целиком заполненном слое К и занимает наинизшее энергетическое состояние с
(L-слой), то есть 2sсостояние. Электронная конфигурация для атома
: 12. Атомом
начинается 2 период Периодической системы Менделеева. Заканчивается 2 период инертным газом неоном. У атома неона полностью заполнена 2pоболочка и полностью заполнен слойL.

Одиннадцатый электрон
размещается вMслое (
), занимая наименьшее состояние 3s. Электронная конфигурация для
: 1223. Электрон 3s(как и 2sу лития) является валентным, поэтому свойства
подобны свойствам
.
завершает 3 период. Его электронная конфигурация
: 12233. Начиная с атома калия в застройке электронных оболочек происходит отклонение. Вместо заполнения 3dоболочки, заполняется сначала 4s(
: 122334). Это происходит потому, что оболочка 4sэнергетически выгоднее, ближе расположена к ядру, чем 3d. После заполнения 4sзаполняется 3d, а затем 4р оболочка, которая дальше от ядра, чем 3d.

С такими отклонениями приходится сталкиваться и дальше. Оболочка 4f, которая содержит 14 электронов, начинает заполняться после того, как заполняются 5s, 5p, 6s. В итоге у элементов 58-71 добавляющиеся электроны садятся в 4fсостояния, а внешние электронные оболочки у этих элементов одинаковы. Поэтому их свойства близки. Эти элементы называют лантанидами. Аналогично близки по свойствам актиниды (90-103), где заполняется 5fоболочка при неизменном 7.

Таким образом, открытая Менделеевым периодичность в химических свойствах элементов объясняется повторяемостью в структуре внешних оболочек у атомов родственных элементов.

Валентность химического элемента равна числу электронов в sили р оболочке с максимальнымn. Еслиs,p,d,… оболочки полностью заполнены, то их спины скомпенсированы. Такие элементы являются диамагнетиками. Если оболочки не полностью заполнены, то имеются не скомпенсированные спины. Это парамагнетики.