Vad är kvantumret?

I den rådande teoretiska modellen för atomen finns det fyra kvantantal som beskriver beteendet hos elektroner. Dessa inkluderar huvud-, azimuthal-, magnet- och spinnkvantantal. Tillsammans ger dessa fyra siffror kvanttillståndet för en elektron. Ett kvanttillstånd är uppsättningen matematisk information som krävs för att fullständigt beskriva ett visst system av materia och energi, till exempel en atom. Inga två elektroner kan dela samma fyra kvantantal enligt Pauli-uteslutningsprincipen för kvantmekanik.

Den första av kvantnumren kallas det viktigaste kvantumret. Detta tal, som kan vara vilket positivt heltal som helst som börjar med 1, hänvisar till avståndet för en elektrons bana från atomkärnan. Till skillnad från planetbanor är elektroner emellertid inte fria att kretsa på något avstånd. Snarare är de begränsade till kretslopp vid diskreta energinivåer, eller kvanta - ett centralt princip i kvantmekaniken. I likhet med planetbanor, å andra sidan, har elektroner som kretsar längre bort från kärnan högre kinetisk energi.

Det azimutala kvanttalet betecknar vinkelmomentet hos en elektrons atombomb. Detta nummer berättar något om formen på en elektrons bana runt kärnan. Elektroner kan kretsa i mer eller mindre sfäriska svärmar runt kärnan, eller de kan uppvisa mer komplicerat beteende. Idén om en elektron som en fast partikel som kretsar kring kärnan är emellertid inte korrekt. Osäkerhetsprincipen för kvantmekanik säger att en elektronposition i grunden är en fråga om sannolikhet.

Med utgångspunkt i de andra kvantnumren berättar det magnetiska kvantnumret något om orienteringen av en elektrons kretslopp i rymden. Den här egenskapen upptäcktes först när forskare utsatte gaser för magnetfält och observerade sedan hur de interagerade med ljus. Det magnetiska kvantantalet är också relaterat till energinivåerna i en atomisk kretslopp.

Slutligen specificerar spinnkvantantalet ett av två spinntillstånd för en elektron. Medan huvud- och azimuthalkvantantalet skiljer mellan olika orbitalpositioner i en elektron kan spinnkvantantalet skilja mellan två elektroner i ett annars identiskt kvanttillstånd. Om två elektroner i samma atom har samma tre tidigare kvantantal måste deras spinnkvantantal vara olika. Elektronsnurr är inte exakt samma känsla av "snurr" som man vanligtvis tänker på, men det är en frihetsgrad för en elektron. Det kan ta på sig ett av två möjliga värden: -1/2 eller +1/2.