Mnogo toga u kvantnoj mehanici ostaje izvan razumijevanja, mnogo se čini fantastičnim. Isto vrijedi i za kvantne brojeve, čija je priroda i danas tajanstvena. Članak opisuje koncept, vrste i opća načela rada s njima.
Opće karakteristike
Cjelobrojni ili polucijeli kvantni brojevi za fizičke veličine određuju sve moguće diskretne vrijednosti koje karakteriziraju sustave kvanta (molekula, atom, jezgra) i elementarnih čestica. Njihova primjena usko je povezana s postojanjem Planckove konstante. Diskretnost procesa koji se odvijaju u mikrokozmosu odražava kvantne brojeve i njihovo fizičko značenje. Oni su prvi put uvedeni kako bi opisali pravilnosti spektra atoma. Ali fizičko značenje i diskretnost pojedinačnih veličina otkriveni su tek u kvantnoj mehanici.
Skup, koji iscrpno određuje stanje ovog sustava, nazvan je potpunim skupom. Sva stanja odgovorna za moguće vrijednosti iz takvog skupa tvore potpuni sustav stanja. Kvantni brojevi u kemiji sa stupnjevima slobode elektrona definiraju ga u tri prostorne koordinate i unutarnji stupanj slobode -vrti.
Konfiguracije elektrona u atomima
U atomu se nalaze jezgra i elektroni, između kojih djeluju sile elektrostatičke prirode. Energija će se povećavati kako se udaljenost između jezgre i elektrona smanjuje. Vjeruje se da će potencijalna energija biti nula ako je beskonačno udaljena od jezgre. Ovo stanje se koristi kao početna točka. Tako je određena relativna energija elektrona.
Elektronska ljuska je skup energetskih razina. Pripadnost jednom od njih izražava se glavnim kvantnim brojem n.
Glavni broj
Odnosi se na određenu energetsku razinu sa skupom orbitala koje imaju slične vrijednosti, a sastoje se od prirodnih brojeva: n=1, 2, 3, 4, 5… Kada se elektron pomiče s jednog koraka na drugi, promjene glavnog kvantnog broja. Treba uzeti u obzir da nisu sve razine ispunjene elektronima. Prilikom punjenja ljuske atoma ostvaruje se princip najmanje energije. Njegovo stanje se u ovom slučaju naziva neuzbuđenim ili osnovnim.
Orbitalni brojevi
Svaka razina ima orbitale. Oni od njih sa sličnom energijom čine podrazinu. Takvo dodjeljivanje se vrši pomoću orbitalnog (ili, kako se još naziva, bočnog) kvantnog broja l, koji poprima vrijednosti cijelih brojeva od nule do n - 1. Dakle, elektron koji ima glavni i orbitalni kvantni broj n i l mogu biti jednaki, počevši od l=0 i završavajući s l=n - 1.
Ovo pokazuje prirodu kretanja dotičnogpodrazina i energetska razina. Za l=0 i bilo koju vrijednost n, oblak elektrona će imati oblik kugle. Njegov će polumjer biti izravno proporcionalan n. Kod l=1, oblak elektrona će poprimiti oblik beskonačnosti ili osmice. Što je veća vrijednost l, to će oblik postati složeniji, a energija elektrona će se povećati.
Magnetski brojevi
Ml je projekcija orbitalnog (bočnog) kutnog momenta na jedan ili drugi smjer magnetskog polja. Prikazuje prostornu orijentaciju onih orbitala u kojima je broj l isti. Ml može imati različite vrijednosti 2l + 1, od -l do +l.
Drugi magnetski kvantni broj naziva se spin - ms, što je intrinzični moment zamaha. Da bismo to razumjeli, možemo zamisliti rotaciju elektrona, takoreći, oko vlastite osi. Ms može biti -1/2, +1/2, 1.
Općenito, za bilo koji elektron, apsolutna vrijednost spina s=1/2, a ms znači njegovu projekciju na os.
Paulijev princip: atom ne može sadržavati dva elektrona s 4 slična kvantna broja. Barem jedan od njih mora biti izvrstan.
Pravilo za formuliranje atoma.
- Načelo minimalne energije. Prema njemu, prvo se popunjavaju razine i podrazine koje su bliže jezgri, prema pravilima Klečkovskog.
- Položaj elementa pokazuje kako su elektroni raspoređeni po energetskim razinama i podrazinama:
- broj odgovara naboju atoma i broju njegovih elektrona;
- periodični broj odgovara broju razinaenergija;
- broj grupe je isti kao i broj valentnih elektrona u atomu;
- podgrupa prikazuje njihovu distribuciju.
Elementarne čestice i jezgre
Kvantni brojevi u fizici elementarnih čestica su njihove unutarnje karakteristike koje određuju interakcije i obrasce transformacija. Osim spina s, to je i električni naboj Q, koji je za sve elementarne čestice jednak nuli ili cijeli broj, negativan ili pozitivan; barionski naboj B (u čestici - nula ili jedan, u antičestici - nula ili minus jedan); leptonski naboji, gdje su Le i Lm jednaki nuli, jedan, au antičestici - nula i minus jedan; izotopski spin s cijelim ili polucijelim brojem; neobičnost S i drugi. Svi ovi kvantni brojevi vrijede i za elementarne čestice i za atomske jezgre.
U širem smislu riječi, nazivaju se fizičkim veličinama koje određuju gibanje čestice ili sustava i koje se čuvaju. Međutim, uopće nije nužno da pripadaju diskretnom spektru mogućih vrijednosti.
