Рис. 1. Уравнение Шредингера

Особенности строения органических соединений связаны с особенностями строения атома углерода. Особенности строения атома углерода объясняет наука квантовая механика. Основные положения квантовой механики сводятся к необходимости решить уравнение Шредингера, описывающее поведение электронов в атоме (рис. 1). В результате решения получается набор, описываемый 4-мя квантовыми числами, которые позволяют предсказать очень многое в свойствах атома. Квантово-механические расчеты позволяют определить наиболеее устойчивые конфигурации атомов и молекул.

Описание электронного состояния атома

Рис. 2. Атом водорода

Рассмотрим простейший атом – атом водорода. Он состоит из одного электрона и одного протона (рис. 2). Энергию электрона в атоме водорода можно представить как большую лестницу в многоэтажном здании. Наибольшая энергия присутствует на так называемых лестничных пролетах.

В квантовой механике – это главное квантовое число (n). Оно принимает значения 1, 2, 3, 4 и т. д.
Орбитальное квантовое число можно представить как ступеньки между лестничными пролётами. Оно принимает значения от нуля l = 0, 1, 2, ... до n-1.

Буквенные обозначения орбитального квантового числа : s, p, d, f и т. д.

Поведение электрона описывает третье число: магнитное квантовое число m_l

(m_l) = -l,…-2, -1, 0, +1, +2,…+l

Спиновое квантовое число m_s_.Оно принимает значения m_s= +1/2, -1/2, независимо от главного и орбитального квантовых чисел.

Спин электрона позволяет ему взаимодействовать с другим электроном, несмотря на электрические силы отталкивания, которые имеют очень большие величины (рис. 3).

Рис. 3. Электроны с разными m_s