Co jsou to kvantová čísla?
V převažujícím teoretickém modelu atomu jsou čtyři kvantová čísla, která popisují chování elektronů. Patří sem hlavní, azimutální, magnetická a spinová kvantová čísla. Společně tato čtyři čísla dávají kvantový stav elektronu. Kvantový stav je množina matematických informací požadovaných k úplnému popisu určitého systému hmoty a energie, jako je atom. Žádný dva elektrony nemohou sdílet stejná čtyři kvantová čísla podle Pauliho vylučovacího principu kvantové mechaniky.
První z kvantových čísel se nazývá hlavní kvantové číslo. Toto číslo, které může být jakékoli kladné celé číslo začínající 1, označuje vzdálenost oběžné dráhy elektronu od atomového jádra. Na rozdíl od planetárních drah však elektrony nejsou na oběžné dráze volné. Spíše jsou omezeny na oběžnou dráhu na diskrétních energetických úrovních nebo quanta - ústřední princip kvantové mechaniky. Na druhou stranu, podobně jako planetární oběžné dráhy, mají elektrony obíhající dále od jádra vyšší kinetickou energii.
Azimutální kvantové číslo označuje moment hybnosti atomového orbitálu elektronu. Toto číslo vypráví něco o tvaru elektronové oběžné dráhy kolem jádra. Elektrony mohou obíhat ve více či méně sférických rojích kolem jádra, nebo mohou vykazovat komplikovanější chování. Myšlenka elektronu jako pevné částice obíhající jádro však není správná. Princip nejistoty kvantové mechaniky říká, že pozice elektronu je v zásadě otázkou pravděpodobnosti.
Na základě dalších kvantových čísel, magnetické kvantové číslo vypráví něco o orientaci elektronové orbity v prostoru. Tato vlastnost byla poprvé objevena, když vědci vystavili plyny magnetickým polím a poté pozorovali, jak reagují se světlem. Magnetické kvantové číslo také souvisí s hladinami energie atomového orbitálu.
Nakonec kvantové číslo spinu specifikuje jeden ze dvou stavů spinu elektronu. Zatímco hlavní a azimutální kvantová čísla rozlišují mezi různými orbitálními pozicemi elektronu, spinové kvantové číslo může rozlišovat mezi dvěma elektrony v jinak identickém kvantovém stavu. Pokud mají dva elektrony ve stejném atomu stejná tři předchozí kvantová čísla, musí se jejich spinová kvantová čísla lišit. Elektronové točení není přesně stejný pocit „točení“, o kterém se běžně uvažuje, ale je to jeden stupeň svobody pro elektron. Může nabývat jedné ze dvou možných hodnot: -1/2 nebo +1/2.