A kvantummechanikában sok minden megfoghatatlan, sok minden fantasztikusnak tűnik. Ugyanez vonatkozik a kvantumszámokra is, amelyek természete ma is rejtélyes. A cikk ismerteti a velük való munka fogalmát, típusait és általános elveit.
Általános jellemzők
A fizikai mennyiségek egész vagy félegész kvantumszámai meghatározzák az összes lehetséges diszkrét értéket, amely kvantumrendszereket (molekula, atom, mag) és elemi részecskéket jellemez. Alkalmazásuk szorosan összefügg a Planck-állandó létezésével. A mikrokozmoszban végbemenő folyamatok diszkrétsége a kvantumszámokat és azok fizikai jelentését tükrözi. Először az atom spektrumának szabályszerűségeinek leírására vezették be őket. De az egyes mennyiségek fizikai jelentése és diszkrétsége csak a kvantummechanikában derült ki.
A rendszer állapotát kimerítően meghatározó halmazt teljes halmaznak nevezték. Az ilyen halmazból származó lehetséges értékekért felelős összes állapot egy teljes állapotrendszert alkot. A kémiában a kvantumszámok egy elektron szabadságfokával három térbeli koordinátában és egy belső szabadsági fokban határozzák meg.spin.
Elektronkonfigurációk atomokban
Az atomban van egy atommag és elektronok, amelyek között elektrosztatikus természetű erők hatnak. Az energia növekedni fog, ahogy az atommag és az elektron távolsága csökken. Úgy gondolják, hogy a potenciális energia nulla lesz, ha végtelenül távol van az atommagtól. Ezt az állapotot használják kiindulási pontként. Így az elektron relatív energiája meghatározásra kerül.
Az elektronhéj energiaszintek halmaza. Az egyikhez való tartozást az n főkvantumszám fejezi ki.
Fő szám
Ez egy bizonyos energiaszintre vonatkozik, hasonló értékű pályák halmazával, amelyek természetes számokból állnak: n=1, 2, 3, 4, 5… Amikor egy elektron az egyik lépésről a másikra mozog, a fő kvantumszám változások. Figyelembe kell venni, hogy nem minden szint tele van elektronokkal. Az atom héjának kitöltésekor a legkisebb energia elve valósul meg. Állapotát ebben az esetben gerjesztetlennek vagy alapnak nevezzük.
Orbitális számok
Minden szintnek van pályája. A hasonló energiájúak egy alszintet alkotnak. Egy ilyen hozzárendelés az l orbitális (vagy, ahogy más néven, oldalsó) kvantumszámmal történik, amely nullától n - 1-ig veszi fel az egész számok értékét. Tehát egy elektron, amely rendelkezik a fő és a pályakvantumszámmal. n és l lehet egyenlő, kezdve l=0-val és l=n - 1-vel végződve.
Ez mutatja a megfelelő mozgás természetétalszint és energiaszint. Ha l=0 és n bármely értéke, az elektronfelhő gömb alakú lesz. A sugara egyenesen arányos n-nel. L=1 esetén az elektronfelhő végtelen vagy nyolcas alakot ölt. Minél nagyobb l értéke, annál összetettebb lesz az alakzat, és az elektron energiája nő.
Mágneses számok
Ml az orbitális (oldalsó) impulzusimpulzus vetülete a mágneses tér egyik vagy másik irányára. Megmutatja azoknak a pályáknak a térbeli tájolását, amelyeken az l szám azonos. Ml különböző értékű lehet 2l + 1, -l-től +l-ig.
Egy másik mágneses kvantumszámot spin - ms-nak neveznek, ami az impulzus belső momentuma. Ennek megértéséhez el lehet képzelni egy elektron forgását a saját tengelye körül. Ms lehet -1/2, +1/2, 1.
Általában minden elektron esetében a spin abszolút értéke s=1/2, ms pedig a tengelyre való vetületét jelenti.
Pauli alapelve: egy atom nem tartalmazhat két 4 hasonló kvantumszámú elektront. Legalább az egyiknek kiválónak kell lennie.
Az atomok megfogalmazásának szabálya.
- A minimális energia elve. Eszerint a maghoz közelebb eső szintek és alszintek kerülnek először kitöltésre, Klecskovszkij szabályai szerint.
- Az elem helyzete jelzi, hogy az elektronok hogyan oszlanak el az energiaszintek és alszintek között:
- a szám megegyezik az atom töltésével és az elektronjainak számával;
- periodikus szám a szintek számának felel megenergia;
- a csoportszám megegyezik az atomban lévő vegyértékelektronok számával;
- alcsoport mutatja megoszlásukat.
Elemi részecskék és atommagok
A kvantumszámok az elemi részecskék fizikájában belső jellemzőik, amelyek meghatározzák az átalakulások kölcsönhatását és mintázatait. Az s spin mellett ez a Q elektromos töltés, amely minden elemi részecskére egyenlő nullával vagy egész számmal, negatív vagy pozitív; B barion töltés (részecskében - nulla vagy egy, antirészecskében - nulla vagy mínusz egy); lepton töltések, ahol Le és Lm egyenlő nullával, egy, és az antirészecskében - nulla és mínusz egy; izotóp spin egész vagy fél egész számmal; furcsaság S és mások. Mindezek a kvantumszámok mind az elemi részecskékre, mind az atommagokra vonatkoznak.
A szó tág értelmében fizikai mennyiségeknek nevezzük, amelyek meghatározzák egy részecske vagy rendszer mozgását, és megmaradnak. Azonban egyáltalán nem szükséges, hogy a lehetséges értékek diszkrét spektrumához tartozzanak.
