Номер 4, страница 10 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 3. Периодический закон. Распределение электронов в атомах элементов малых периодов. Глава I. Важнейшие химические понятия и законы - номер 4, страница 10.

Условие.

• Что такое спин электрона?

Решение.

Решение 2.

Что такое спин электрона?

Спин электрона — это его собственная, внутренняя квантовая характеристика, которая описывает собственный момент импульса частицы. Важно понимать, что спин не связан с реальным вращением электрона вокруг своей оси, как у классического волчка. Эта аналогия является упрощенной и неточной, поскольку электрон в стандартной модели физики элементарных частиц является точечным объектом и не имеет размеров или оси для вращения. Спин — это чисто квантовое свойство, не имеющее аналога в классической механике.

Основные свойства спина электрона:

• Фундаментальное свойство: Спин является такой же неотъемлемой характеристикой электрона, как его масса или электрический заряд. Все электроны во Вселенной имеют одинаковое значение спинового квантового числа.
• Квантование: Величина спина и его проекция на любую выбранную ось могут принимать только строго определённые, дискретные значения. Для электрона спиновое квантовое число $s$ всегда равно $1/2$.
• Проекция спина: Проекция спина электрона на произвольно выбранную ось (например, на ось z) может принимать только два значения: $+1/2$ или $-1/2$ (в единицах редуцированной постоянной Планка $\hbar$). Эти два состояния условно называют «спин вверх» (spin up, $m_s = +1/2$) и «спин вниз» (spin down, $m_s = -1/2$). Именно наличие только двух возможных проекций было экспериментально доказано в опыте Штерна-Герлаха.
• Магнитный момент: Поскольку электрон является заряженной частицей, его спин порождает собственный (спиновый) магнитный дипольный момент. Это означает, что электрон ведёт себя как крошечный магнит. Это свойство лежит в основе многих явлений, таких как ферромагнетизм, и используется в технологиях, например, в магнитно-резонансной томографии (МРТ).
• Статистика и принцип Паули: Электроны являются фермионами (частицами с полуцелым спином, как $1/2$). Согласно принципу запрета Паули, два одинаковых фермиона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. В применении к атомам это означает, что на одной атомной орбитали может находиться не более двух электронов, причём их спины должны быть направлены противоположно («спин вверх» и «спин вниз»). Этот принцип определяет структуру электронных оболочек атомов и, как следствие, всю химию.

Таким образом, спин — это ключевое квантовое число, которое наряду с другими квантовыми числами (главным, орбитальным и магнитным) полностью определяет состояние электрона в атоме.

Ответ: Спин электрона — это его собственный (внутренний) момент импульса, являющийся фундаментальной квантовой характеристикой частицы, не связанной с её механическим вращением. Спин электрона квантован: его проекция на выбранное направление может принимать только два значения, условно называемые «вверх» ($+1/2$) и «вниз» ($-1/2$). Как заряженная частица, обладающая спином, электрон имеет собственный магнитный момент, а как частица с полуцелым спином (фермион), он подчиняется принципу запрета Паули, который определяет структуру электронных оболочек атомов.