Daudz kas kvantu mehānikā joprojām ir nesaprotams, daudz kas šķiet fantastisks. Tas pats attiecas uz kvantu skaitļiem, kuru būtība joprojām ir noslēpumaina. Rakstā ir aprakstīts jēdziens, veidi un vispārīgie principi darbam ar tiem.
Vispārīgās īpašības
Vesels vai pusvesels kvantu skaitļi fizikāliem lielumiem nosaka visas iespējamās diskrētās vērtības, kas raksturo kvantu (molekulas, atoma, kodola) un elementārdaļiņu sistēmas. To pielietojums ir cieši saistīts ar Planka konstantes esamību. Mikrokosmosā notiekošo procesu diskrētums atspoguļo kvantu skaitļus un to fizisko nozīmi. Tie vispirms tika ieviesti, lai aprakstītu atoma spektru likumsakarības. Bet atsevišķo lielumu fiziskā nozīme un diskrētums atklājās tikai kvantu mehānikā.
Komplektu, kas izsmeļoši nosaka šīs sistēmas stāvokli, sauca par pilno komplektu. Visas valstis, kas ir atbildīgas par iespējamām vērtībām no šādas kopas, veido pilnīgu stāvokļu sistēmu. Kvantu skaitļi ķīmijā ar elektrona brīvības pakāpēm definē to trīs telpiskās koordinātās un iekšējā brīvības pakāpē -pagrieziet.
Elektronu konfigurācijas atomos
Atomā atrodas kodols un elektroni, starp kuriem darbojas elektrostatiskās dabas spēki. Enerģija palielināsies, samazinoties attālumam starp kodolu un elektronu. Tiek uzskatīts, ka potenciālā enerģija būs nulle, ja tā atrodas bezgalīgi tālu no kodola. Šis stāvoklis tiek izmantots kā sākumpunkts. Tādējādi tiek noteikta elektrona relatīvā enerģija.
Elektronu apvalks ir enerģijas līmeņu kopums. Piederība vienam no tiem tiek izteikta ar galveno kvantu skaitli n.
Galvenais numurs
Tas attiecas uz noteiktu enerģijas līmeni ar orbitāļu kopu ar līdzīgām vērtībām, kas sastāv no naturāliem skaitļiem: n=1, 2, 3, 4, 5… Kad elektrons pāriet no viena soļa uz otru, galvenās kvantu skaitļu izmaiņas. Jāņem vērā, ka ne visi līmeņi ir piepildīti ar elektroniem. Piepildot atoma čaulu, tiek realizēts mazākās enerģijas princips. Viņa stāvokli šajā gadījumā sauc par nesatrauktu vai pamata.
Orbitālie skaitļi
Katrā līmenī ir orbitāles. Tie, kuriem ir līdzīga enerģija, veido apakšlīmeni. Šāda piešķiršana tiek veikta, izmantojot orbitālo (vai, kā to sauc arī, sānu) kvantu skaitli l, kas iegūst veselu skaitļu vērtības no nulles līdz n - 1. Tātad elektrons, kuram ir galvenais un orbitālais kvantu skaitļi n un l var būt vienādi, sākot ar l=0 un beidzot ar l=n - 1.
Tas parāda attiecīgās kustības raksturuapakšlīmenis un enerģijas līmenis. Ja l=0 un jebkura n vērtība, elektronu mākonim būs sfēras forma. Tā rādiuss būs tieši proporcionāls n. Ja l=1, elektronu mākonis iegūs bezgalības vai astotnieka formu. Jo lielāka ir l vērtība, jo sarežģītāka kļūs forma, un palielināsies elektrona enerģija.
Magnētiskie skaitļi
Ml ir orbitālās (sānu) leņķiskā impulsa projekcija vienā vai citā magnētiskā lauka virzienā. Tas parāda to orbitāļu telpisko orientāciju, kurās skaitlis l ir vienāds. Ml var būt dažādas vērtības 2l + 1, no -l līdz +l.
Citu magnētisko kvantu skaitli sauc par spin - ms, kas ir impulsa iekšējais moments. Lai to saprastu, var iedomāties elektrona rotāciju, it kā ap savu asi. Ms var būt -1/2, +1/2, 1.
Kopumā jebkuram elektronam spina absolūtā vērtība s=1/2, un ms nozīmē tā projekciju uz asi.
Pauli princips: atoms nevar saturēt divus elektronus ar 4 līdzīgiem kvantu skaitļiem. Vismaz vienam no tiem jābūt izciliem.
Atomu formulēšanas noteikums.
- Minimālās enerģijas princips. Saskaņā ar to vispirms tiek aizpildīti tie līmeņi un apakšlīmeņi, kas ir tuvāk kodolam, saskaņā ar Klečkovska noteikumiem.
- Elementa pozīcija norāda, kā elektroni tiek sadalīti pa enerģijas līmeņiem un apakšlīmeņiem:
- skaitlis atbilst atoma lādiņam un tā elektronu skaitam;
- periodiskais skaitlis atbilst līmeņu skaitamenerģija;
- grupas numurs ir tāds pats kā valences elektronu skaits atomā;
- apakšgrupa parāda to sadalījumu.
Elementārdaļiņas un kodoli
Kvantu skaitļi elementārdaļiņu fizikā ir to iekšējie raksturlielumi, kas nosaka mijiedarbību un transformāciju modeļus. Papildus spinam s tas ir elektriskais lādiņš Q, kas visām elementārdaļiņām ir vienāds ar nulli vai veselu skaitli, negatīvu vai pozitīvu; bariona lādiņš B (daļiņā - nulle vai viens, antidaļiņā - nulle vai mīnus viens); leptonu lādiņi, kur Le un Lm ir vienādi ar nulli, viens, bet antidaļiņā - nulle un mīnus viens; izotopu spin ar veselu vai pusveselu skaitli; dīvainības S un citi. Visi šie kvantu skaitļi attiecas gan uz elementārdaļiņām, gan uz atomu kodoliem.
Šī vārda plašā nozīmē tos sauc par fizikāliem lielumiem, kas nosaka daļiņas vai sistēmas kustību un saglabājas. Tomēr nemaz nav nepieciešams, lai tie piederētu diskrētam iespējamo vērtību spektram.
