Tartalom
A kvantumszámok olyan értékek, amelyek leírják az atom elektronjának energiáját vagy energetikai állapotát. A számok egy elektron spinjét, energiáját, mágneses és szögmomentumait jelzik. A Purdue Egyetem szerint a kvantumszámok a Bohr-modellből, Schrödinger Hw = Ew hullámagyenletéből, Hund szabályaiból és a Hund-Mulliken keringési elméletből származnak. Ahhoz, hogy megértsük az atom elektronjait leíró kvantumszámokat, hasznos megismerni a kapcsolódó fizikai és kémiai fogalmakat és alapelveket.
Fő kvantumszám
Az elektronok forognak olyan atomhéjban, amelyet orbitáloknak hívnak. Az „n” karakterrel jellemezve a fő kvantum azonosítja az atommag magtól az elektronig mért távolságát, a pálya méretét és az azimutális szögmomentumot, amely a második kvantumszám, amelyet „ℓ” jelöl. A fő kvantumszám egy orbital energiáját is leírja, mivel az elektronok állandó mozgási állapotban vannak, ellentétes töltésűek, és vonzódnak a maghoz. Orbitális pályák, ahol n = 1, közelebb állnak egy atommaghoz, mint azok, amelyekben n = 2 vagy nagyobb szám. Ha n = 1, egy elektron alapállapotban van. Ha n = 2, akkor az orbiták gerjesztett állapotban vannak.
Szög-kvantumszám
A „ℓ” jelöléssel a szög- vagy azimutális kvantumszám azonosítja az orbita alakját. Azt is megmondja, hogy melyik szuborbitális vagy atomi héjrétegben találhat egy elektronot. A Purdue Egyetem szerint az orbitálisok gömb alakúak lehetnek, ahol ℓ = 0, poláris alakzatok, ahol ℓ = 1, és lóhere alakúak, ahol ℓ = 2. Egy lóhere alakját, amelynek extra szirma van, ℓ = 3 határozza meg. Az orbitálák bonyolultabb alakúak lehetnek további szirmokkal. A szögkvantumszámok bármelyike egész szám lehet 0 és n-1 között, hogy leírja a keringő alakját. Ha vannak sub-pályák vagy alhéjak, akkor egy betű jelöl minden típust: “s” for = 0, “p” ℓ = 1, “d” ℓ = 2 és “f” ℓ = 3. Az arbitális pályákon több alhéj lehet, amelyek nagyobb szög kvantumszámot eredményeznek. Minél nagyobb az alhéj értéke, annál feszültebb. Ha ℓ = 1 és n = 2, akkor az alhéj 2p, mivel a 2-es szám jelenti a fő kvantumszámot, p pedig az alhéjat.
Mágneses kvantumszám
A mágneses kvantumszám, vagy "m", leírja az orbitális tájolását alakja (ℓ) és energiája (n) alapján. Az egyenletekben látni fogja azt a mágneses kvantumszámot, amelyet az M kisbetű jellemez, with, m_ {ℓ} alindexszel, amely megmutatja az orbitális pályák tájolását egy alszinten. A Purdue Egyetem kijelenti, hogy bármilyen gömb nélküli alakra, ahol ℓ = 0, szükség van a mágneses kvantumszámra, mivel a gömböknek csak egy iránya van. Másrészt a lóhere vagy poláris alakú pálya "szirmai" különböző irányba mutathatnak, és a mágneses kvantumszám megmutatja, hogy milyen módon néznek szembe. Az egymást követő pozitív integrális számok helyett a mágneses kvantumszámok integrált értékei -2, -1, 0, +1 vagy +2 lehetnek. Ezek az értékek alhéjakat osztanak olyan orbitálokká, amelyek az elektronokat hordozzák. Ezen felül minden alhéj 2ℓ + 1 pályával rendelkezik. Ezért az alhéjnak, amely megegyezik a 0 szögkvantumszámmal, egy pályája van: (2x0) + 1 = 1. A d alhéjnak, amely megegyezik a 2-es szögkvantumszámmal, öt pályája lenne: (2x2) + 1 = 5.
Spin kvantumszám
A Pauli kizárási elv szerint két elektronnak nem lehet azonos n, ℓ, m vagy s értéke. Ezért csak legfeljebb két elektron lehet ugyanabban a pályán. Ha két elektron van ugyanabban a pályán, akkor ellenkező irányba kell forogniuk, mivel mágneses mezőt hoznak létre. A spin kvantumszám vagy s az az irány, amelybe egy elektron forog. Az egyenletben ezt a számot láthatja, amelyet kisbetűs m és alsó indexű s betű, vagy m_ {s} képvisel. Mivel az elektron csak két irányban tud forogni - az óramutató járásával megegyező vagy az óramutató járásával ellentétesen -, az s-t jelző számok +1/2 vagy -1/2. A tudósok a spinre felfelé hivatkozhatnak, amikor az óramutató járásával megegyező irányba fordul, vagyis a spin kvantumszáma +1/2. Ha a centrifugálás lefelé van, akkor m_ {s} értéke -1/2.