Veliko v kvantni mehaniki ostaja nerazumljivo, veliko se zdi fantastično. Enako velja za kvantna števila, katerih narava je še danes skrivnostna. Članek opisuje koncept, vrste in splošna načela dela z njimi.
Splošne značilnosti
Cela ali polcela kvantna števila za fizične količine določajo vse možne diskretne vrednosti, ki označujejo sisteme kvantov (molekula, atom, jedro) in elementarnih delcev. Njihova uporaba je tesno povezana z obstojem Planckove konstante. Diskretnost procesov, ki se dogajajo v mikrokozmosu, odraža kvantna števila in njihov fizični pomen. Najprej so bili uvedeni, da bi opisali pravilnosti spektrov atoma. Toda fizični pomen in diskretnost posameznih veličin sta se razkrila šele v kvantni mehaniki.
Množico, ki izčrpno določa stanje tega sistema, je imenovala popolna množica. Vsa stanja, ki so odgovorna za možne vrednosti iz takšnega niza, tvorijo popoln sistem stanj. Kvantna števila v kemiji s svobodnimi stopnjami elektrona ga definirajo v treh prostorskih koordinatah in notranji stopnji svobode -vrtenje.
Konfiguracije elektronov v atomih
V atomu sta jedro in elektroni, med katerimi delujejo sile elektrostatične narave. Energija se bo povečala, ko se bo razdalja med jedrom in elektronom zmanjšala. Verjame se, da bo potencialna energija enaka nič, če je neskončno daleč od jedra. To stanje se uporablja kot izhodišče. Tako je določena relativna energija elektrona.
Elektronska lupina je niz energijskih nivojev. Pripadnost enemu od njih je izražena z glavnim kvantnim številom n.
Glavna številka
Nanaša se na določeno energijsko raven z nizom orbital, ki imajo podobne vrednosti, sestavljene iz naravnih števil: n=1, 2, 3, 4, 5… Ko se elektron premika iz ene stopnje v drugo, glavne spremembe kvantnega števila. Upoštevati je treba, da niso vse ravni napolnjene z elektroni. Pri polnjenju lupine atoma se uresničuje načelo najmanjše energije. Njegovo stanje se v tem primeru imenuje nevzbujeno ali osnovno.
Orbitne številke
Vsaka raven ima orbitale. Tisti od njih s podobno energijo tvorijo podnivo. Takšna dodelitev se izvede z orbitalnim (ali, kot se imenuje tudi stransko) kvantnim številom l, ki prevzame vrednosti celih števil od nič do n - 1. Torej elektron, ki ima glavno in orbitalno kvantno število n in l sta lahko enaka, ki se začne z l=0 in konča z l=n - 1.
To prikazuje naravo gibanja posameznegapodnivo in energijski nivo. Za l=0 in katero koli vrednost n bo imel elektronski oblak obliko krogle. Njegov polmer bo premosorazmeren z n. Pri l=1 bo elektronski oblak dobil obliko neskončnosti ali osem. Večja kot je vrednost l, bolj zapletena bo oblika in energija elektrona se bo povečala.
magnetne številke
Ml je projekcija orbitalne (stranske) kotne količine na eno ali drugo smer magnetnega polja. Prikazuje prostorsko orientacijo tistih orbital, v katerih je število l enako. Ml ima lahko različne vrednosti 2l + 1, od -l do +l.
Drugo magnetno kvantno število se imenuje spin - ms, kar je lastni moment zagona. Da bi to razumeli, si lahko predstavljamo vrtenje elektrona, tako rekoč, okoli lastne osi. Ms je lahko -1/2, +1/2, 1.
Na splošno je za kateri koli elektron absolutna vrednost spina s=1/2, ms pa pomeni njegovo projekcijo na os.
Paulijevo načelo: atom ne more vsebovati dveh elektronov s 4 podobnimi kvantnimi števili. Vsaj eden od njih mora biti odličen.
Pravilo za formuliranje atomov.
- Načelo minimalne energije. Po njem se najprej zapolnijo ravni in podravni, ki so bližje jedru, po pravilih Klečkovskega.
- Položaj elementa kaže, kako so elektroni razporejeni po energijskih ravneh in podravneh:
- številka se ujema z nabojem atoma in številom njegovih elektronov;
- periodična številka ustreza številu nivojevenergija;
- številka skupine je enaka številu valenčnih elektronov v atomu;
- podskupina prikazuje njihovo porazdelitev.
Elementarni delci in jedra
Kvantna števila v fiziki elementarnih delcev so njihove notranje značilnosti, ki določajo interakcije in vzorce transformacij. Poleg spina s je to električni naboj Q, ki je za vse elementarne delce enak nič ali celo število, negativno ali pozitivno; barionski naboj B (v delcu - nič ali ena, v antidelcu - nič ali minus ena); leptonski naboji, kjer sta Le in Lm enaka nič, ena, v antidelcu pa nič in minus ena; izotopski spin s celim ali polovičnim številom; čudnost S in drugi. Vsa ta kvantna števila veljajo tako za elementarne delce kot za atomska jedra.
V širšem pomenu besede se imenujejo fizikalne količine, ki določajo gibanje delca ali sistema in so ohranjene. Ni pa nujno, da pripadajo diskretnemu spektru možnih vrednosti.
