Hva er kvantum?

I den rådende teoretiske modellen for atomet er det fire kvantetall som beskriver atferden til elektroner. Disse inkluderer hoved-, azimuthal-, magnet- og spinnkvantetall. Til sammen gir disse fire tallene kvantetilstanden til et elektron. En kvantetilstand er settet med matematisk informasjon som kreves for å fullstendig beskrive et bestemt system av materie og energi, for eksempel et atom. Ingen to elektroner kan dele de samme fire kvantetallene, i henhold til Pauli-eksklusjonsprinsippet for kvantemekanikken.

Det første av kvantetallene kalles det viktigste kvantetallet. Dette tallet, som kan være et hvilket som helst positivt heltall som begynner med 1, refererer til avstanden til et elektrons bane fra atomkjernen. I motsetning til planetariske bane er elektronene imidlertid ikke fri til å bane rundt noen avstand. Snarere er de begrenset til bane på diskrete energinivåer, eller kvanta - et sentralt grunnlag i kvantemekanikken. På lik linje med planetbaner, derimot, har elektroner som går i bane videre fra kjernen høyere kinetisk energi.

Det azimutale kvantetallet betegner vinkelmomentet til et elektrons atombane. Dette tallet forteller noe om formen til en elektronets bane rundt kjernen. Elektroner kan gå i mer eller mindre sfæriske svermer rundt kjernen, eller de kan vise til mer komplisert oppførsel. Ideen om et elektron som en fast partikkel som går i bane rundt kjernen, er imidlertid ikke riktig. Usikkerhetsprinsippet i kvantemekanikk sier at posisjonen til et elektronisk grunnlag er et spørsmål om sannsynlighet.

Basert på de andre kvantetallene, forteller det magnetiske kvantetallet noe om orienteringen til et elektrons orbital i rommet. Denne egenskapen ble først oppdaget da forskere utsatte gasser for magnetiske felt og deretter observerte måten de samhandlet med lys på. Det magnetiske kvantetallet er også relatert til energinivåene til en atombane.

Til slutt spesifiserer spinnkvantetallet en av to spinntilstander for et elektron. Mens de viktigste og azimutale kvantetall skiller mellom forskjellige orbitalposisjoner til et elektron, kan spinnkvantetallet skille mellom to elektroner i en ellers identisk kvantetilstand. Hvis to elektroner i samme atom har de samme tre tidligere kvantetallene, må deres spinnkvantetall være forskjellige. Elektronsnurr er ikke akkurat den samme følelsen av “spinn” som man ofte tenker på, men det er en frihetsgrad for et elektron. Det kan ta på seg en av to mulige verdier: -1/2 eller +1/2.