Daugelis kvantinės mechanikos lieka nesuprantamos, daug kas atrodo fantastiška. Tas pats pasakytina ir apie kvantinius skaičius, kurių prigimtis ir šiandien yra paslaptinga. Straipsnyje aprašoma koncepcija, tipai ir bendrieji darbo su jais principai.
Bendrosios charakteristikos
Fizikinių dydžių sveikieji arba pusiau sveikieji kvantiniai skaičiai nustato visas įmanomas diskrečiąsias reikšmes, apibūdinančias kvantų (molekulės, atomo, branduolio) ir elementariųjų dalelių sistemas. Jų taikymas yra glaudžiai susijęs su Plancko konstantos egzistavimu. Mikrokosmose vykstančių procesų diskretiškumas atspindi kvantinius skaičius ir jų fizinę reikšmę. Pirmiausia jie buvo įvesti siekiant apibūdinti atomo spektrų dėsningumus. Tačiau atskirų dydžių fizinė prasmė ir diskretiškumas buvo atskleisti tik kvantinėje mechanikoje.
Aibė, kuri išsamiai nustato šios sistemos būseną, buvo vadinama visuma. Visos valstybės, atsakingos už galimas vertes iš tokio rinkinio, sudaro ištisą būsenų sistemą. Kvantiniai skaičiai chemijoje su elektrono laisvės laipsniais apibrėžia jį trimis erdvinėmis koordinatėmis ir vidiniu laisvės laipsniu -sukti.
Elektronų konfigūracijos atomuose
Atome yra branduolys ir elektronai, tarp kurių veikia elektrostatinės prigimties jėgos. Energija padidės mažėjant atstumui tarp branduolio ir elektrono. Manoma, kad potenciali energija bus lygi nuliui, jei ji yra be galo toli nuo branduolio. Ši būsena naudojama kaip atskaitos taškas. Taigi nustatoma santykinė elektrono energija.
Elektronų apvalkalas yra energijos lygių rinkinys. Priklausymas vienam iš jų išreiškiamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi n.
Pagrindinis numeris
Tai reiškia tam tikrą energijos lygį su panašias vertes turinčių orbitų rinkiniu, sudarytu iš natūraliųjų skaičių: n=1, 2, 3, 4, 5… Kai elektronas pereina iš vieno žingsnio į kitą, pagrindiniai kvantinio skaičiaus pokyčiai. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad ne visi lygiai užpildyti elektronais. Užpildant atomo apvalkalą, realizuojamas mažiausios energijos principas. Jo būsena šiuo atveju vadinama nesujaudinta arba bazine.
Orbitiniai skaičiai
Kiekvienas lygis turi orbitas. Tie, kurių energija yra panaši, sudaro polygį. Toks priskyrimas atliekamas naudojant orbitinį (arba, kaip jis dar vadinamas, šoninį) kvantinį skaičių l, kuris įgauna sveikųjų skaičių reikšmes nuo nulio iki n - 1. Taigi elektronas, turintis pagrindinį ir orbitos kvantinius skaičius n ir l gali būti lygūs, pradedant l=0 ir baigiant l=n - 1.
Tai parodo atitinkamo judėjimo pobūdįpolygis ir energijos lygis. Jei l=0 ir bet kokia n reikšmė, elektronų debesis bus sferos formos. Jo spindulys bus tiesiogiai proporcingas n. Esant l=1, elektronų debesis įgaus begalybės arba aštuonių figūrų formą. Kuo didesnė l reikšmė, tuo sudėtingesnė forma taps ir elektrono energija padidės.
Magnetiniai skaičiai
Ml – orbitinio (šoninio) kampinio momento projekcija į vieną ar kitą magnetinio lauko kryptį. Tai rodo tų orbitalių, kuriose skaičius l yra vienodas, erdvinę orientaciją. Ml gali turėti skirtingas reikšmes 2l + 1, nuo -l iki +l.
Kitas magnetinis kvantinis skaičius vadinamas sukiniu - ms, kuris yra būdingas impulso momentas. Norėdami tai suprasti, galima įsivaizduoti elektrono sukimąsi aplink savo ašį. Ms gali būti -1/2, +1/2, 1.
Apskritai, bet kurio elektrono sukinio absoliuti vertė s=1/2, o ms reiškia jo projekciją į ašį.
Pauli principas: atome negali būti dviejų elektronų su 4 panašiais kvantiniais skaičiais. Bent vienas iš jų turi būti puikus.
Atomų formulavimo taisyklė.
- Mažiausios energijos principas. Pagal jį pirmiausia užpildomi lygiai ir polygiai, kurie yra arčiau šerdies, pagal Klečkovskio taisykles.
- Elemento padėtis rodo, kaip elektronai pasiskirsto energijos lygiuose ir polygiuose:
- skaičius atitinka atomo krūvį ir jo elektronų skaičių;
- periodinis skaičius atitinka lygių skaičiųenergija;
- grupės numeris yra toks pat kaip valentinių elektronų skaičius atome;
- pogrupis rodo jų pasiskirstymą.
Elementariosios dalelės ir branduoliai
Kvantiniai skaičiai elementariųjų dalelių fizikoje yra jų vidinės charakteristikos, lemiančios sąveiką ir transformacijų modelius. Be sukinio s, tai yra elektros krūvis Q, kuris visoms elementarioms dalelėms yra lygus nuliui arba sveikam skaičiui, neigiamam arba teigiamam; bariono krūvis B (dalelėje - nulis arba vienas, antidalelėje - nulis arba minus vienas); leptono krūviai, kur Le ir Lm lygūs nuliui, vienetui, o antidalelėje – nuliui ir minus vienetui; izotopinis sukimasis su sveikuoju arba pusiau sveikuoju skaičiumi; keistenybės S ir kt. Visi šie kvantiniai skaičiai taikomi ir elementariosioms dalelėms, ir atomų branduoliams.
Plačiąja šio žodžio prasme jie vadinami fizikiniais dydžiais, kurie lemia dalelės ar sistemos judėjimą ir yra konservuoti. Tačiau visai nebūtina, kad jie priklausytų atskiram galimų reikšmių spektrui.
