Mnogo toga u kvantnoj mehanici ostaje nerazumljivo, mnogo toga izgleda fantastično. Isto važi i za kvantne brojeve, čija je priroda i danas tajanstvena. U članku se opisuje koncept, vrste i opći principi rada s njima.
Opšte karakteristike
Cjelobrojni ili polucijeli kvantni brojevi za fizičke veličine određuju sve moguće diskretne vrijednosti koje karakteriziraju sisteme kvanta (molekula, atom, jezgro) i elementarne čestice. Njihova primjena je usko povezana sa postojanjem Planckove konstante. Diskretnost procesa koji se odvijaju u mikrokosmosu odražava kvantne brojeve i njihovo fizičko značenje. Prvo su uvedeni da bi se opisali pravilnosti spektra atoma. Ali fizičko značenje i diskretnost pojedinačnih veličina otkriveni su tek u kvantnoj mehanici.
Skup, koji iscrpno određuje stanje ovog sistema, nazvan je kompletan skup. Sva stanja odgovorna za moguće vrijednosti iz takvog skupa čine kompletan sistem stanja. Kvantni brojevi u hemiji sa stepenima slobode elektrona definišu ga u tri prostorne koordinate i unutrašnji stepen slobode -spin.
Konfiguracije elektrona u atomima
U atomu postoje jezgro i elektroni, između kojih djeluju sile elektrostatičke prirode. Energija će se povećavati kako se udaljenost između jezgra i elektrona smanjuje. Vjeruje se da će potencijalna energija biti nula ako je beskonačno udaljena od jezgra. Ovo stanje se koristi kao polazna tačka. Tako je određena relativna energija elektrona.
Elektronska školjka je skup energetskih nivoa. Pripadnost jednom od njih izražava se glavnim kvantnim brojem n.
Glavni broj
Odnosi se na određeni energetski nivo sa skupom orbitala koje imaju slične vrijednosti, koje se sastoje od prirodnih brojeva: n=1, 2, 3, 4, 5… Kada se elektron kreće od jednog koraka do drugog, glavne promjene kvantnog broja. Treba uzeti u obzir da nisu svi nivoi ispunjeni elektronima. Prilikom punjenja ljuske atoma ostvaruje se princip najmanje energije. Njegovo stanje u ovom slučaju se naziva neuzbuđenim ili osnovnim.
Orbitalni brojevi
Svaki nivo ima orbitale. Oni od njih sa sličnom energijom čine podnivo. 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 sa l=n - 1.
Ovo pokazuje prirodu kretanja dotičnogpodnivo i energetski nivo. Za l=0 i bilo koju vrijednost n, oblak elektrona će imati oblik kugle. Njegov radijus će biti direktno 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) ugaonog 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 magnetni kvantni broj naziva se spin - ms, što je unutrašnji moment momenta. Da bismo ovo razumjeli, možemo zamisliti rotaciju elektrona, takoreći, oko svoje vlastite ose. Ms može biti -1/2, +1/2, 1.
Uopšteno govoreći, za bilo koji elektron, apsolutna vrijednost spina s=1/2, a ms znači njegovu projekciju na osu.
Paulijev princip: atom ne može sadržavati dva elektrona sa 4 slična kvantna broja. Bar jedan od njih mora biti odličan.
Pravilo za formulisanje atoma.
- Princip minimalne energije. Po njemu se prvo popunjavaju nivoi i podnivoi koji su bliži jezgru, prema pravilima Klečkovskog.
- Položaj elementa pokazuje kako su elektroni raspoređeni po energetskim nivoima i podnivoima:
- broj odgovara naboju atoma i broju njegovih elektrona;
- periodični broj odgovara broju nivoaenergija;
- broj grupe je isti kao i broj valentnih elektrona u atomu;
- podgrupa pokazuje njihovu distribuciju.
Elementarne čestice i jezgra
Kvantni brojevi u fizici elementarnih čestica su njihove unutrašnje karakteristike koje određuju interakcije i obrasce transformacija. Pored spina s, ovo je 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, gde 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 važe i za elementarne čestice i za atomska jezgra.
U širem smislu riječi, nazivaju se fizičkim veličinama koje određuju kretanje čestice ili sistema i koje se čuvaju. Međutim, uopće nije neophodno da pripadaju diskretnom spektru mogućih vrijednosti.
