Классификация состояний электронов в атоме. Периодическая система элементов. Обменное взаимодействие.

Наличие перестановочной симметрии налагает на взаимное пространственное расположение частиц ограничения, что ведет к изменению энергии квантовой системы в сравнении с аналогичной классической системой частиц. Данное изменение энергии рассматривается обычно как вызванное определенным дополнительным квантовомеханическим взаимодействием, оно получило название «Обменное взаимодействие», так как определяется членами в выражении для энергии системы, отвечающими перестановкам частиц (обмену частицами).
Характер обменного взаимодействия между частицами с целым спином (бозонами) и полуцелым спином (фермионами) имеет отличия. Для фермионов характер обменного взаимодействия обуславливается принципом Паули, в соответствии с которым два фермиона не могут находиться в абсолютно одинаковых состояниях. Принцип Паули запрещает двум электронам с параллельными спинами находиться в перекрывающихся допустимых областях. Вследствие этого на малых расстояниях порядка длины волны Де-Бройля между электронами, спины которых являются параллельными, появляется как бы дополнительное отталкивание. В случае антипараллельных спинов появляются силы притяжения, играющие существенную роль при образовании химических связей между атомами. При образовании некоторых молекул, в частности водорода и воды, играет определенную роль обменное взаимодействие между протонами. Обменное взаимодействие является характерным для всех фермионов и существует вне зависимости от того, имеются ли другие взаимодействия между ними.
Противоположным характером обладает обменное взаимодействие бозонов: чем большее количество бозонов находится в этом состоянии, тем с большей вероятностью в данное состояние переходит еще один бозон. Это равносильно эффекту притяжения бозонов.
Обменное взаимодействие определяет в существенной мере магнитные свойства вещества. К примеру, состояние металлического кристалла с параллельными спинами электронов (ферромагнитное) может быть термодинамически более устойчивым в сравнении с состоянием с беспорядочно ориентированными спинами электронов, только в том случае, если обменный интеграл А является положительным. Характерная для ферромагнетика точка Кюри (точка, выше которой ферромагнитные свойства у вещества исчезают) может быть определена определена как температура, при которой энергия теплового движения атомов становится равной термодинамическому выигрышу в энергии при параллельной ориентации спинов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, следует сделать ряд выводов по рассмотренной теме.
Состояние электрона в атоме определяется при помощи четырех квантовых чисел: главного n, орбитального l, магнитного ml и спинового ms. Главное квантовое число n определяет энергетические уровни электрона в атоме. Орбитальное квантовое число l определяет орбитальный момент количества движения электрона. Магнитное квантовое число ml определяет ориентацию орбитального момента количества движения pl относительно избранного направления. Спиновое квантовое число ms определяет ориентацию собственного момента количества движения электрона относительно избранного направления.
Периодическая система элементов  собой представляет классификацию химических элементов согласно периодическому закону, устанавливающему периодическое изменение свойств химических элементов по мере увеличения их атомной массы, которое связано с увеличением заряда ядра их атомов; вследствие этого заряд ядра атома совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе и носит название атомного номера элемента. Периодическая система дает возможность без специальных исследований узнать о свойствах элемента лишь на основании известных свойств соседних по периоду или группе элементов.
Обменное взаимодействие представляет собой специфическое взаимное воздействие тождественных частиц, проявляющееся эффективно как результат некоторого особенного взаимодействия; чисто квантовый эффект, который отражает свойства симметрии системы тождественных частиц относительно перестановки пары таких частиц. Обменное взаимодействие объясняет закономерности молекулярных и атомных спектров, ферромагнетизм, химическую связь и др. 


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Билик, А.С. Атомная физика, изложенная на языке физики свойств / А.С. Билик. - М.: Издательство ЛКИ, 2017. - 184 c.
Ландсберг, Г.С. Элементарный учебник физики т.3 Колебания и волны, оптика, атомная и ядерная физика. 15-е и / Г.С. Ландсберг. - М.: Физматлит, 2016. - 664 c.
Савельев, И. В. Курс общей физики. В 3 томах. Том 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц / И.В. Савельев. - М.: Лань, 2017. - 320 c.
Фриш, С. Э. Курс общей физики. В 3 томах. Том 3. Оптика. Атомная физика / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева. - М.: Лань, 2015. - 656 c.
Хорошавин, С. А. Демонстрационный эксперимент по физике. Оптика. Атомная физика / С.А. Хорошавин. - М.: Просвещение, 2015. - 412 c.
Савельев, И. В. Курс общей физики. В 3 томах. Том 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц / И.В. Савельев. - М.: Лань, 2017. – С. 59.
Хорошавин, С. А. Демонстрационный эксперимент по физике. Оптика. Атомная физика / С.А. Хорошавин. - М.: Просвещение, 2015. – С. 84.
Билик, А.С. Атомная физика, изложенная на языке физики свойств / А.С. Билик. - М.: Издательство ЛКИ, 2017. – С. 28.
Фриш, С. Э. Курс общей физики. В 3 томах. Том 3. Оптика. Атомная физика / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева. - М.: Лань, 2015. – С. 386.
Ландсберг, Г.С. Элементарный учебник физики т.3 Колебания и волны, оптика, атомная и ядерная физика. 15-е и / Г.С. Ландсберг. - М.: Физматлит, 2016. – С. 214.











16





4