Зміст
Квантові числа - це значення, що описують енергію або енергетичний стан електрона атома. Цифри вказують на спін, енергію, магнітний момент і кутовий момент електрона. За даними університету Пердю, квантові числа походять із моделі Бора, хвильового рівняння Шредінгера Hw = Ew, правил Гунда та орбітальної теорії Гунда-Маллікамена. Щоб зрозуміти квантові числа, що описують електрони в атомі, корисно ознайомитись із суміжними фізичними та хімічними термінами та принципами.
Основне квантове число
Електрони крутяться в атомних оболонках, званих орбіталями. Основне квантове число, яке характеризується "n", визначає відстань від ядра атома до електрона, розмір орбітального та азимутального імпульсу, який є другим квантовим числом, представленим "ℓ". Головне квантове число також описує енергію орбіталі, оскільки електрони перебувають у постійному стані руху, мають протилежні заряди та притягуються до ядра. Орбіталі, де n = 1, ближче до ядра атома, ніж ті, де n = 2 або більше число. Коли n = 1, електрон знаходиться в основному стані. Коли n = 2, орбіталі перебувають у збудженому стані.
Кутове квантове число
У кутовому чи азимутальному квантовому числі, представленому “ℓ”, ідентифікується форма орбіти. Він також розповідає, в якому суборбітальному або атомному шарі оболонки ви можете знайти електрон. Університет Пердю каже, що орбіталі можуть мати сферичні форми, де ℓ = 0, полярні форми, де ℓ = 1, і форми конюшини, де ℓ = 2. Форма конюшини, яка має додатковий пелюстка, визначається ℓ = 3. Орбіталі можуть мати більш складні форми з додатковими пелюстками. Кутові квантові числа можуть мати будь-яке ціле число від 0 до n-1 для опису форми орбіти. Якщо є суб-орбіталі або суб-оболонки, буква представляє кожен тип: «s» для ℓ = 0, «p» для ℓ = 1, «d» для ℓ = 2 і «f» для ℓ = 3. Орбіталі можуть мати більше підколін, що призводить до збільшення кутового числа кутових. Чим більше значення підколінника, тим він більше енергійний. Коли ℓ = 1 і n = 2, під оболонка дорівнює 2p, оскільки число 2 являє собою головне квантове число, а p являє собою під-оболонку.
Магнітне квантове число
Магнітне квантове число, або "m", описує орієнтацію орбіти на основі її форми (ℓ) та енергії (n). У рівняннях ви побачите магнітне квантове число, яке характеризується малою літерою M із підписом ℓ, m_ {ℓ}, яка повідомляє вам орієнтацію орбіталей у межах підрівневого рівня. Університет Пердю заявляє, що вам потрібно магнітне квантове число для будь-якої форми, яка не є сферою, де ℓ = 0, оскільки сфери мають лише одну орієнтацію. З іншого боку, «пелюстки» орбіталі з конюшиною або полярною формою можуть стикатися в різних напрямках, і магнітне квантове число говорить про те, в який спосіб вони стикаються. Замість того, щоб мати послідовні додатні інтегральні числа, магнітне квантове число може мати інтегральні значення -2, -1, 0, +1 або +2. Ці значення розщеплюють підклітини на окремі орбіталі, які несуть електрони. Крім того, у кожної підкошти є 2ℓ + 1 орбіталей. Отже, під оболонка s, яка дорівнює кутовому квантовому числу 0, має одну орбіталь: (2x0) + 1 = 1. Під оболонка d, яка дорівнює кутовому квантовому номеру 2, мала б п'ять орбіталей: (2x2) + 1 = 5.
Квинтове число
Принцип виключення Паулі говорить, що жоден два електрони не можуть мати однакові n, ℓ, m або s значення. Тому в одній орбіталі можуть знаходитися лише максимум два електрони. Коли в одній орбіталі є два електрони, вони повинні крутитися в протилежних напрямках, оскільки вони створюють магнітне поле. Квантове число, або s, - це напрямок, в якому крутиться електрон. У рівнянні ви можете бачити це число, представлене великим літером m та підрядним літери s, або m_ {s}. Оскільки електрон може крутитися лише в одному з двох напрямків - за годинниковою або проти годинникової стрілки - числа, що представляють s, становлять +1/2 або -1/2. Вчені можуть називати спін як "вгору", коли його проти годинникової стрілки, а це означає, що квантове число спіна дорівнює +1/2. Коли віджимання "вниз", воно має значення m_ {s} -1/2.