Рис. 10.11. Периодическая таблица элементов. Каждая строка – период, на протяжении которого химические свойства плавно меняются, в конце периода превращаясь в «противоположные» тем, которые имеются в начале. Длина периодов увеличивается сверху вниз, поэтому первые периоды рисуют с разрывами, а из последующих, наоборот, некоторую часть выносят в отдельные строки

Совместное существование нескольких/многих электронов в одном атоме вообще-то отличается от жизни электрона в одиночестве: они расталкивают друг друга, но вынуждены делить между собой весь тот скудный комфорт, какой имеется внутри энергетической ямы, созданной положительно заряженным ядром. Тем не менее организация атома со многими электронами сохраняет преемственность со списком вариантов, которые доступны единственному электрону, живущему в свое удовольствие в атоме водорода, вот в каком смысле. Взяв, например, атом элемента номер три – лития – и оторвав от него один электрон, мы получим ион, общий электрический заряд которого складывается из заряда ядра, равного +3, и зарядов двух оставшихся электронов, каждый по –1, итого +3–1 – 1 = +1. Это такой же заряд, как у ядра атома водорода. Когда мы вернем изувеченному атому лития оторванный электрон, этот электрон окажется примерно в такой же энергетической яме, как в атоме водорода. Электрон рад бы устроиться в состоянии под номером n = 1 в списке, который разрешает строгий Шрёдингер, но его уже заняли два электрона, которые имеются в ионе лития. Все, что остается возвращенному электрону, – это сесть в первое из незанятых состояний, а это одно из состояний при n = 2.[218] Его энергия близка к энергии электрона, попавшего в состояние с номером n = 2 для атома водорода (но в атоме водорода электрон, оказавшийся в этом состоянии, быстро испустит фотон и снова вернется в состояние с наименьшей энергией, а в литии это невозможно, потому что оно уже занято). В атомах с большим числом электронов картина усложняется, но состояния, последовательно занимаемые электронами, остаются качественно такими же, как те, что мы перечислили в списке возможностей для одного электрона. Этими возможностями управляют те же целые числа, с которыми мы имели дело на рис. 10.9. Сколько же имеется состояний при заданном значении энергии? Как видно из рис. 10.9, на первом энергетическом уровне (n = 1) имеется всего одно состояние (не очень удивительно: минимум энергии – минимум возможностей). На следующем уровне n = 2 уже четыре состояния, а на уровне n = 3 их девять. Аналогично после небольшой возни мы убеждаемся в том, что уровень энергии с номером n = 4 допускает 16 состояний.