量子数とは何ですか？

原子の一般的な理論モデルには、電子の挙動を記述する4つの量子数があります。 これらには、プリンシパル、方位角、磁気、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与えます。 量子状態は、原子などの特定の物質とエネルギー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。 量子力学のパウリ除外原理に従って、同じ4つの量子数を共有できる2つの電子はありません。

最初の量子数は主要な量子数と呼ばれます。 この数は、1から始まる任意の正の整数である可能性があり、原子核からの電子軌道の距離を指します。 ただし、惑星の軌道とは異なり、電子はどんな距離でも自由に軌道に乗ることができません。 むしろ、それらは、個別のエネルギーレベル、または量子力学の中心的な教義であるQuantaでの軌道に限定されています。 一方、惑星軌道と同様に、核からさらに周回する電子は、より高い運動エネルギーを持っています。

方位角量は、電子の原子軌道の角運動量を意味します。 この数は、核の周りの電子軌道の形状について何かを伝えます。 電子は、核の周りに多かれ少なかれ球状の群れで周回するか、より複雑な行動を示すことができます。 ただし、核を周回する固体粒子としての電子のアイデアは正しくありません。 量子力学の不確実性の原則は、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。

他の量子数の構築、磁気量子数は、空間内の電子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、次に光と相互作用した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連しています。

最後に、スピン量子数は、電子の2つのスピン状態のいずれかを指定します。 プリンシパルと方位角の量子数は、電子の異なる軌道位置を区別しますが、スピン量子数は、それ以外の場合は同一の量子状態の2つの電子を区別できます。 同じ原子の2つの電子が同じ3つの以前の量子数を持っている場合、スピン量子数は異なる必要があります。 電子スピンは、一般的に考えられる「スピン」の感覚とはまったく同じではありませんが、電子の自由度の1つです。 2つの可能な値のいずれかを引き受けることができます：-1/2または+1/2。