Jakie są liczby kwantowe?

W dominującym modelu teoretycznym atomu istnieją cztery liczby kwantowe opisujące zachowanie elektronów. Należą do nich liczby główne, azymutalne, magnetyczne i spinowe. Razem te cztery liczby podają stan kwantowy elektronu. Stan kwantowy to zbiór informacji matematycznych wymaganych do pełnego opisania określonego systemu materii i energii, takiego jak atom. Zgodnie z zasadą wykluczenia Pauliego nie może mieć tych samych czterech liczb kwantowych.

Pierwsza z liczb kwantowych nazywa się główną liczbą kwantową. Liczba ta, która może być dowolną liczbą całkowitą, która zaczyna się od 1, odnosi się do odległości orbity elektronu od jądra atomowego. Jednak w przeciwieństwie do orbit planetarnych elektronów nie są swobodne orbity w żadnej odległości. Raczej ograniczają się one do orbity na dyskretnych poziomach energii lub kwant - centralna zasada mechaniki kwantowej. Z drugiej strony podobne do orbit planetarnych,Elektrony krążą dalej od jądra, mają wyższą energię kinetyczną.

Liczba kwantowa azymutalna oznacza pęd kątowy orbity atomowej elektronu. Ta liczba mówi coś o kształcie orbity elektronu wokół jądra. Elektrony mogą orbitować w mniej więcej sferycznych rolach wokół jądra lub mogą wykazywać bardziej skomplikowane zachowanie. Idea elektronu jako cząstki stałej krążącej krążąca do jądra jest jednak nieprawidłowa. Zasada niepewności mechaniki kwantowej stwierdza, że ​​pozycja elektronu jest zasadniczo kwestią prawdopodobieństwa.

Opierając się na innych liczbach kwantowych, magnetyczny numer kwantowy mówi coś o orientacji orbity elektronów w przestrzeni. Ta właściwość została po raz pierwszy odkryta, gdy naukowcy wystawili gazy na pola magnetyczne, a następnie zaobserwowali sposób, w jaki oddziaływali ze światłem. MagnetycznyLiczba kwantowa jest również związana z poziomami energii orbity atomowej.

Wreszcie liczba kwantowa spinu określa jeden z dwóch stanów spinów elektronu. Podczas gdy główne i azymutalne liczby kwantowe rozróżniają różne pozycje orbitalne elektronu, liczba kwantowa spin może rozróżniać dwa elektronę w identycznym stanie kwantowym. Jeśli dwa elektrony w tym samym atomie mają te same trzy poprzednie liczby kwantowe, ich liczby kwantowe spinu muszą być różne. Spin elektronowy nie jest dokładnie tym samym poczuciem „wirowania”, o którym powszechnie się myśli, ale jest jednym stopniem swobody elektronu. Może przyjąć jedną z dwóch możliwych wartości: -1/2 lub +1/2.