Содержание
Квантовые числа являются значениями, которые описывают энергию или энергетическое состояние электрона атома. Числа указывают спин электрона, энергию, магнитный момент и угловой момент. Согласно Университету Пердью, квантовые числа получены из модели Бора, уравнения Шредингера Hw = Ew, правил Хунда и теории орбит Хунда-Мулликена. Чтобы понять квантовые числа, которые описывают электроны в атоме, полезно знать соответствующие термины и принципы физики и химии.
Основное квантовое число
Электроны вращаются в атомных оболочках, называемых орбитали. Характеризуемое «n», главное квантовое число определяет расстояние от ядра атома до электрона, размер орбиты и азимутальный момент импульса, который является вторым квантовым числом, представленным «ℓ». Главное квантовое число также описывает энергию орбитали, поскольку электроны находятся в постоянном состоянии движения, имеют противоположные заряды и притягиваются к ядру. Орбитали, где n = 1, ближе к ядру атома, чем те, где n = 2 или большее число. Когда n = 1, электрон находится в основном состоянии. Когда n = 2, орбитали находятся в возбужденном состоянии.
Угловое квантовое число
Представленное «“ », угловое или азимутальное квантовое число определяет форму орбитали. Он также сообщает вам, в каком суборбитальном или атомном слое оболочки вы можете найти электрон. Университет Пердью говорит, что орбитали могут иметь сферические формы, где ℓ = 0, полярные формы, где ℓ = 1, и формы клевера, где ℓ = 2. Форма клеверного листа с дополнительным лепестком определяется как ℓ = 3. Орбитали могут иметь более сложные формы с дополнительными лепестками. Угловые квантовые числа могут иметь любое целое число от 0 до n-1 для описания формы орбитали. Когда есть суборбитали или подоболочки, буква представляет каждый тип: «s» для ℓ = 0, «p» для ℓ = 1, «d» для ℓ = 2 и «f» для ℓ = 3. Орбитали могут иметь больше вложенных оболочек, что приводит к увеличению углового квантового числа. Чем больше значение субоболочки, тем больше она заряжена. Когда ℓ = 1 и n = 2, подоболочка равна 2p, поскольку число 2 представляет главное квантовое число, а p обозначает подоболочку.
Магнитное квантовое число
Магнитное квантовое число, или «m», описывает ориентацию орбитали на основе ее формы (ℓ) и энергии (n). В уравнениях вы увидите магнитное квантовое число, характеризуемое строчной буквой M с индексом ℓ, m_ {ℓ}, который говорит вам об ориентации орбиталей на подуровне. Университет Пердью заявляет, что вам нужно магнитное квантовое число для любой формы, которая не является сферой, где ℓ = 0, потому что сферы имеют только одну ориентацию. С другой стороны, «лепестки» орбитали с клеверным листом или полярной формой могут быть направлены в разные стороны, и магнитное квантовое число говорит о том, в какую сторону они смотрят. Вместо последовательных положительных целых чисел магнитное квантовое число может иметь целые значения -2, -1, 0, +1 или +2. Эти значения разделяют подоболочки на отдельные орбитали, которые переносят электроны. Кроме того, каждая вложенная оболочка имеет 2 + 1 орбиту. Следовательно, подоболочка s, равная угловому квантовому числу 0, имеет одну орбиту: (2x0) + 1 = 1. Подоболочка d, равная угловому квантовому числу 2, будет иметь пять орбиталей: (2x2) + 1 = 5.
Квантовое число спина
Принцип исключения Паули гласит, что никакие два электрона не могут иметь одинаковые значения n, ℓ, m или s. Следовательно, на одной орбите может находиться максимум два электрона. Когда на одной орбитали находятся два электрона, они должны вращаться в противоположных направлениях, поскольку они создают магнитное поле. Квантовое число спина, или s, является направлением вращения электрона. В уравнении вы можете увидеть это число, представленное строчными буквами m и строчными буквами s или m_ {s}. Поскольку электрон может вращаться только в одном из двух направлений - по часовой стрелке или против часовой стрелки - числа, представляющие s, равны +1/2 или -1/2. Ученые могут называть вращение «вверх», когда оно вращается против часовой стрелки, что означает, что квантовое число вращения равно +1/2. Когда вращение «вниз», оно имеет значение m_ {s} -1/2.