Paljon kvanttimekaniikasta on vielä käsittämätöntä, paljon vaikuttaa fantastiselta. Sama koskee kvanttilukuja, joiden luonne on edelleen mysteeri. Artikkelissa kuvataan käsite, tyypit ja niiden kanssa työskentelyn yleiset periaatteet.
Yleiset ominaisuudet
Fysikaalisten suureiden kokonais- tai puolikokonaisluvun kvanttiluvut määrittävät kaikki mahdolliset diskreetit arvot, jotka kuvaavat kvanttijärjestelmiä (molekyyli, atomi, ydin) ja alkuainehiukkasia. Niiden soveltaminen liittyy läheisesti Planckin vakion olemassaoloon. Mikrokosmuksessa tapahtuvien prosessien diskreetti heijastaa kvanttilukuja ja niiden fyysistä merkitystä. Ne otettiin ensin käyttöön atomin spektrien säännönmukaisuuksien kuvaamiseksi. Mutta yksittäisten suureiden fyysinen merkitys ja diskreetti paljastui vasta kvanttimekaniikassa.
Joukkoa, joka määrittää tyhjentävästi tämän järjestelmän tilan, kutsuttiin täydelliseksi sarjaksi. Kaikki tällaisen joukon mahdollisista arvoista vastaavat v altiot muodostavat täydellisen tilajärjestelmän. Kvanttiluvut kemiassa elektronin vapausasteilla määrittelevät sen kolmella tilakoordinaatilla ja sisäisellä vapausasteella -pyöritä.
Elektronikokoonpanot atomeissa
Atomissa on ydin ja elektronit, joiden välillä vaikuttavat sähköstaattiset voimat. Energia kasvaa, kun ytimen ja elektronin välinen etäisyys pienenee. Potentiaalienergian uskotaan olevan nolla, jos se on äärettömän kaukana ytimestä. Tätä tilaa käytetään lähtökohtana. Siten elektronin suhteellinen energia määräytyy.
Elektronikuori on joukko energiatasoja. Johonkin niistä kuuluminen ilmaistaan pääkvanttiluvulla n.
Päänumero
Se viittaa tiettyyn energiatasoon, jossa on joukko orbitaaleja, joilla on samanlaiset arvot ja jotka koostuvat luonnollisista luvuista: n=1, 2, 3, 4, 5… Kun elektroni siirtyy askeleelta toiselle, tärkeimmät kvanttiluvun muutokset. On otettava huomioon, että kaikki tasot eivät ole täynnä elektroneja. Atomin kuorta täytettäessä toteutuu vähimmän energian periaate. Hänen tilaansa kutsutaan tässä tapauksessa kiihottamattomaksi tai perustilaan.
Ratanumerot
Jokaisella tasolla on kiertoradat. Ne, joilla on samanlainen energia, muodostavat alitason. Tällainen osoitus tehdään käyttämällä kiertoradan (tai, kuten sitä kutsutaan myös, sivu) kvanttilukua l, joka ottaa kokonaislukujen arvot nollasta n - 1:een. Eli elektroni, jolla on pää- ja kiertoradan kvanttiluku n ja l voivat olla yhtä suuria, alkaen l=0 ja päättyen l=n - 1.
Tämä näyttää vastaavan liikkeen luonteenalataso ja energiataso. Kun l=0 ja mikä tahansa n:n arvo, elektronipilvi on pallon muotoinen. Sen säde on suoraan verrannollinen n:ään. Kun l=1, elektronipilvi on äärettömän tai kuvion kahdeksan muodon. Mitä suurempi l:n arvo, sitä monimutkaisempi muoto tulee ja elektronin energia kasvaa.
Magneettiset numerot
Ml on kiertoradan (sivun) kulmamomentin projektio magneettikentän yhteen tai toiseen suuntaan. Se näyttää niiden orbitaalien avaruudellisen orientaation, joissa luku l on sama. Ml:llä voi olla eri arvot 2l + 1, välillä -l - +l.
Toista magneettista kvanttilukua kutsutaan spiniksi - ms, joka on liikemäärän sisäinen momentti. Tämän ymmärtämiseksi voidaan kuvitella elektronin pyörimistä ikään kuin oman akselinsa ympäri. Ms voi olla -1/2, +1/2, 1.
Yleensä minkä tahansa elektronin spinin itseisarvo s=1/2, ja ms tarkoittaa sen projektiota akselille.
Paulin periaate: atomi ei voi sisältää kahta elektronia, joilla on 4 samanlaista kvanttilukua. Ainakin yhden niistä on oltava erinomainen.
Atomien muotoilun sääntö.
- Minimienergian periaate. Sen mukaan ydintä lähempänä olevat tasot ja alatasot täytetään ensin Klechkovskyn sääntöjen mukaan.
- Elementin sijainti osoittaa, kuinka elektronit jakautuvat energiatasoille ja alatasoille:
- luku vastaa atomin varausta ja sen elektronien lukumäärää;
- jaksollinen numero vastaa tasojen määrääenergia;
- ryhmänumero on sama kuin valenssielektronien lukumäärä atomissa;
- alaryhmä näyttää niiden jakautumisen.
Alkuainehiukkaset ja ytimet
Kvanttiluvut alkuainehiukkasten fysiikassa ovat niiden sisäisiä ominaisuuksia, jotka määräävät muunnosten vuorovaikutuksia ja kuvioita. Spinin s lisäksi tämä on sähkövaraus Q, joka on kaikille alkuainehiukkasille nolla tai kokonaisluku, negatiivinen tai positiivinen; baryonivaraus B (hiukkasessa - nolla tai yksi, antihiukkasessa - nolla tai miinus yksi); leptonvaraukset, joissa Le ja Lm ovat nolla, yksi ja antihiukkasessa - nolla ja miinus yksi; isotooppinen spin kokonaisluvulla tai puolikokonaisluvulla; outoa S ja muut. Kaikki nämä kvanttiluvut koskevat sekä alkuainehiukkasia että atomiytimiä.
Sanan laajassa merkityksessä niitä kutsutaan fysikaalisiksi suureiksi, jotka määräävät hiukkasen tai järjestelmän liikkeen ja säilyvät. Ei kuitenkaan ole ollenkaan välttämätöntä, että ne kuuluvat erilliseen mahdollisten arvojen spektriin.
