Hvad er kvantumre?
I den herskende teoretiske model for atomet er der fire kvanttal, der beskriver opførsel af elektroner. Disse inkluderer hoved-, azimuthal-, magnet- og spin-kvanttal. Tilsammen giver disse fire tal kvantetilstand for et elektron. En kvantetilstand er det sæt matematiske oplysninger, der kræves til fuldt ud at beskrive et bestemt system af stof og energi, såsom et atom. Ingen to elektroner kan dele de samme fire kvanttal, i henhold til Pauli-ekskluderingsprincippet for kvantemekanik.
Den første af kvanttalene kaldes det vigtigste kvanttal. Dette tal, som kan være et hvilket som helst positivt heltal, der begynder med 1, henviser til afstanden til en elektrons bane fra atomkernen. I modsætning til planetariske kredsløb er elektronerne imidlertid ikke fri til at bane rundt på nogen afstand. Snarere er de begrænset til kredsløb ved diskrete energiniveauer eller kvanta - et centralt element i kvantemekanikken. Tilsvarende planetariske kredsløb, på den anden side, har elektroner, der kredser længere væk fra kernen, højere kinetisk energi.
Det azimutale kvanttal angiver vinkelmomentumet for en elektrons atombane. Dette tal fortæller noget om formen på en elektronisk bane rundt om kernen. Elektroner kan bane rundt i mere eller mindre sfæriske sværme omkring kernen, eller de kan udvise en mere kompliceret opførsel. Ideen om et elektron som en fast partikel, der kredser rundt om kernen, er imidlertid ikke korrekt. I usikkerhedsprincippet i kvantemekanikken hedder det, at en elektrons position grundlæggende er et spørgsmål om sandsynlighed.
Med udgangspunkt i de andre kvanttal fortæller det magnetiske kvantetal noget om orienteringen af en elektrons orbital i rummet. Denne egenskab blev først opdaget, da forskere udsatte gasser for magnetiske felter og derefter observerede den måde, de interagerede med lys. Det magnetiske kvantetal er også relateret til energiniveauet i en atomisk orbital.
Endelig specificerer spin-kvanttalet en af to spin-tilstande for et elektron. Mens hoved- og azimuthalkvanttal skelner mellem forskellige orbitalpositioner i et elektron, kan spinkvanttalet skelne mellem to elektroner i en ellers identisk kvantetilstand. Hvis to elektroner i det samme atom har de samme tre tidligere kvanttal, skal deres spin-kvanttal være forskellige. Elektronspin er ikke nøjagtigt den samme fornemmelse af "spin", som man ofte tænker på, men det er en frihedsgrad for en elektron. Det kan antage en af to mulige værdier: -1/2 eller +1/2.