量子数とは？

原子の一般的な理論モデルには、電子の振る舞いを記述する4つの量子数があります。 これらには、プリンシパル、アジマス、磁気、およびスピン量子数が含まれます。 一緒に、これらの4つの数値は、電子の量子状態を示します。 量子状態は、原子などの物質とエネルギーの特定のシステムを完全に記述するために必要な数学的情報のセットです。 量子力学のパウリ排除原理によれば、2つの電子が同じ4つの量子数を共有することはできません。

最初の量子数は、主量子数と呼ばれます。 この数値は、1から始まる任意の正の整数にすることができ、原子核からの電子の軌道の距離を指します。 ただし、惑星軌道とは異なり、電子はどの距離でも自由に軌道を回るわけではありません。 むしろ、それらは離散エネルギーレベルの軌道、または量子力学、量子力学の中心的な教義に限定されています。 一方、惑星軌道と同様に、核からさらに遠くを回る電子は、より高い運動エネルギーを持っています。

方位角の量子数は、電子の原子軌道の角運動量を意味します。 この数値は、核の周りの電子の軌道の形状について何かを伝えます。 電子は、核の周りの多かれ少なかれ球状の群れの中を周回するか、より複雑な挙動を示します。 しかし、核を周回する固体粒子としての電子の考えは正しくありません。 量子力学の不確実性の原理は、電子の位置は基本的に確率の問題であると述べています。

他の量子数に基づいて、磁気量子数は、空間内の電子の軌道の方向について何かを伝えます。 この特性は、科学者がガスを磁場にさらし、光と相互作用する方法を観察したときに最初に発見されました。 磁気量子数は、原子軌道のエネルギーレベルにも関係しています。

最後に、スピン量子数は、電子の2つのスピン状態の1つを指定します。 主量子数と方位角量子数は電子の異なる軌道位置を区別しますが、スピン量子数は他の点では同一の量子状態にある2つの電子を区別できます。 同じ原子内の2つの電子の以前の3つの量子数が同じである場合、それらのスピン量子数は異なる必要があります。 電子スピンは、一般に考えられている「スピン」とまったく同じ意味ではありませんが、電子の自由度の1つです。 -1/2または+1/2の2つの可能な値のいずれかを取ることができます。