Περιεχόμενο
Οι κβαντικοί αριθμοί είναι τιμές που περιγράφουν την ενέργεια ή την ενεργειακή κατάσταση του ηλεκτρονίου ενός ατόμου. Οι αριθμοί δείχνουν την περιστροφή, την ενέργεια, τη μαγνητική ροπή και τη γωνιακή στιγμή ενός ηλεκτρονίου. Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο Purdue, οι κβαντικοί αριθμοί προέρχονται από το μοντέλο Bohr, την εξίσωση κύματος Hw = Ew του Schrödinger, τους κανόνες του Hund και την τροχιακή θεωρία Hund-Mulliken. Για να κατανοήσουμε τους κβαντικούς αριθμούς που περιγράφουν τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο, είναι χρήσιμο να γνωρίζει τους σχετικούς όρους και αρχές της φυσικής και της χημείας.
Κύριος αριθμός κβάντων
Τα ηλεκτρόνια στροβιλίζονται σε ατομικά κελύφη που ονομάζονται τροχιακά. Χαρακτηρισμένη από το "n", ο κύριος κβαντικός αριθμός προσδιορίζει την απόσταση από τον πυρήνα ενός ατόμου σε ένα ηλεκτρόνιο, το μέγεθος της τροχιακής και της αζιμουθιακής γωνιακής ορμής, που είναι ο δεύτερος κβαντικός αριθμός που αντιπροσωπεύεται από το "1". Ο κύριος αριθμός κβάντων περιγράφει επίσης την ενέργεια ενός τροχιακού καθώς τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε σταθερή κατάσταση κίνησης, έχουν αντίθετα φορτία και έλκονται από τον πυρήνα. Τα τροχιακά όπου το n = 1 είναι πιο κοντά στον πυρήνα ενός ατόμου από εκείνα όπου το n = 2 ή ένας μεγαλύτερος αριθμός. Όταν n = 1, ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται σε κατάσταση εδάφους. Όταν το n = 2, τα τροχιακά βρίσκονται σε διεγερμένη κατάσταση.
Γωνιακός αριθμός κβαντικής
Αντιπροσωπεύεται από το "ℓ", ο γωνιακός ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός ταυτοποιεί το σχήμα ενός τροχιακού. Το Purdue University λέει ότι τα τροχιακά μπορούν να έχουν σφαιρικά σχήματα όπου ℓ = 0, πολικά σχήματα όπου ℓ = 1 και σχήματα τριφυλλιού όπου ℓ = 2. Ένα σχήμα τριφύλλι που έχει ένα επιπλέον πέταλο ορίζεται από το ℓ = 3. Τα τροχιακά μπορούν να έχουν πιο πολύπλοκα σχήματα με πρόσθετα πέταλα. Οι γωνιακοί κβαντικοί αριθμοί μπορούν να έχουν οποιοδήποτε ακέραιο μεταξύ 0 και n-1 για να περιγράψουν το σχήμα ενός τροχιακού. Όταν υπάρχουν sub-orbals ή sub-shell, ένα γράμμα αντιπροσωπεύει κάθε τύπο: "s" για ℓ = 0, "p" για ℓ = 1, "d" για ℓ = 2 και "f" για ℓ = 3. Τα τροχιακά μπορούν να έχουν περισσότερα υποκρύμματα που έχουν ως αποτέλεσμα μεγαλύτερο γωνιακό κβαντικό αριθμό. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του υπο-κελύφους, τόσο περισσότερο ενεργοποιείται. Όταν το ℓ = 1 και το n = 2, το υπο-κέλυφος είναι 2p καθώς ο αριθμός 2 αντιπροσωπεύει τον κύριο αριθμό κβαντικό και το p αντιπροσωπεύει το υπο-κέλυφος.
Μαγνητικός κβαντικός αριθμός
Ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός, ή "m", περιγράφει έναν προσανατολισμό τροχιάς που βασίζεται στο σχήμα του (ℓ) και στην ενέργεια (n). Στις εξισώσεις, θα δείτε τον μαγνητικό κβαντικό αριθμό που χαρακτηρίζεται από το πεζό γράμμα M με ένα δείκτη ℓ, m_ {ℓ}, που σας δείχνει τον προσανατολισμό των τροχιακών μέσα σε ένα υπο-επίπεδο. Το Πανεπιστήμιο Purdue δηλώνει ότι χρειάζεστε τον μαγνητικό κβαντικό αριθμό για οποιοδήποτε σχήμα που δεν είναι σφαίρα, όπου ℓ = 0, επειδή οι σφαίρες έχουν μόνο έναν προσανατολισμό. Από την άλλη πλευρά, τα «πέταλα» ενός τροχιακού με τριφύλλι ή πολικό σχήμα μπορούν να αντιμετωπίσουν διαφορετικές κατευθύνσεις και ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός αναφέρει με ποιον τρόπο αντιμετωπίζουν. Αντί να έχουν διαδοχικούς θετικούς ακέραιους αριθμούς, ένας μαγνητικός κβαντικός αριθμός μπορεί να έχει ακέραιες τιμές -2, -1, 0, +1 ή +2. Αυτές οι τιμές χωρίζουν τα υποστέλλα σε μεμονωμένα τροχιακά που φέρουν τα ηλεκτρόνια. Επιπρόσθετα, κάθε υποκέλυφος έχει 2 1 + 1 τροχιακά. Επομένως, το υπο-κέλυφος s, το οποίο ισούται με τον γωνιακό κβαντικό αριθμό 0, έχει ένα τροχιακό: (2x0) + 1 = 1. Το υπο-κέλυφος d, το οποίο ισούται με τον γωνιακό κβαντικό αριθμό 2, θα έχει πέντε τροχιές: (2x2) + 1 = 5.
Spin Quantum Number
Η αρχή του αποκλεισμού Pauli λέει ότι κανένα δύο ηλεκτρόνια δεν μπορεί να έχει τις ίδιες τιμές n, l, m ή s. Επομένως, μόνο ένα μέγιστο των δύο ηλεκτρονίων μπορεί να είναι στο ίδιο τροχιακό. Όταν υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια στο ίδιο τροχιά, πρέπει να περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, καθώς δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο. Ο κβαντικός αριθμός spin, ή s, είναι η κατεύθυνση που γυρίζει ένα ηλεκτρόνιο. Σε μια εξίσωση, μπορεί να δείτε αυτόν τον αριθμό που παριστάνεται με πεζά γράμματα m και με πεζά γράμματα s ή m_ {s}. Δεδομένου ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να περιστραφεί μόνο σε μία από τις δύο κατευθύνσεις - δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα - οι αριθμοί που αντιπροσωπεύουν s είναι +1/2 ή -1/2. Οι επιστήμονες μπορούν να αναφερθούν στο γύρισμα ως "επάνω" όταν είναι αντίθετα προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού, πράγμα που σημαίνει ότι ο αριθμός κβαντικού spin είναι +1/2. Όταν η περιστροφή είναι "κάτω", έχει μια τιμή m_ {s} -1/2.