Kvantová čísla jsou hodnoty, které popisují energii nebo energetický stav elektronu atomu. Čísla označují rotaci elektronu, energii, magnetický moment a úhlový moment. Podle Purdue University pochází kvantová čísla z Bohrova modelu, Schrödingerovy Hw = Ew vlnové rovnice, Hundových pravidel a Hund-Mullikenovy orbitální teorie. Abychom porozuměli kvantovým číslům, která popisují elektrony v atomu, je užitečné znát související pojmy a principy fyziky a chemie.
Hlavní kvantové číslo
Elektrony se otáčejí v atomových skořápkách nazývaných orbitály. Charakterizované „n“, hlavní kvantové číslo identifikuje vzdálenost od jádra atomu k elektronu, velikost orbitální a azimutální moment hybnosti, což je druhé kvantové číslo představované znakem „ℓ.“ Také hlavní kvantové číslo popisuje energii orbitálu, protože elektrony jsou v konstantním stavu pohybu, mají opačné náboje a jsou přitahovány k jádro. Orbitaly, kde n = 1 jsou blíže k jádru atomu, než ty, kde n = 2 nebo vyšší číslo. Když n = 1, je elektron v základním stavu. Když n = 2, orbitaly jsou ve vzrušeném stavu.
Úhlové kvantové číslo
Úhlové nebo azimutální kvantové číslo, které představuje „ℓ“, označuje tvar oběžné dráhy. Také vám řekne, ve které suborbitální nebo atomové vrstvě můžete najít elektron. Purdue University říká, že orbitaly mohou mít sférické tvary, kde ℓ = 0, polární tvary, kde ℓ = 1, a čtyřlístkové tvary, kde ℓ = 2. Tvar čtyřlístku, který má další okvětní lístek, je definován ℓ = 3. Orbitály mohou mít složitější tvary s dalšími okvětními lístky. Úhlová kvantová čísla mohou mít jakékoli celé číslo mezi 0 a n-1 k popisu tvaru oběžné dráhy. Pokud existují suborbitály nebo subškrty, představuje každý typ písmeno: „s“ pro ℓ = 0, „p“ pro ℓ = 1, „d“ pro ℓ = 2 a „f“ pro ℓ = 3. Orbitály mohou mít více dílčích skořápek, jejichž výsledkem je větší úhlové kvantové číslo. Čím větší je hodnota dílčího pláště, tím je více nabitá energií. Když ℓ = 1 an = 2, dílčí skořápka je 2p, protože číslo 2 představuje hlavní kvantové číslo ap představuje dílčí skořápku.
Magnetické kvantové číslo
Magnetické kvantové číslo neboli „m“ popisuje orientaci orbity na základě jejího tvaru (ℓ) a energie (n). V rovnicích uvidíte magnetické kvantové číslo charakterizované malým písmenem M s dolním indexem ℓ, m_ {ℓ}, který vám řekne orientaci orbitalů v podúrovni. Purdue University uvádí, že magnetické kvantové číslo potřebujete pro jakýkoli tvar, který není koulí, kde ℓ = 0, protože koule mají pouze jednu orientaci. Na druhou stranu mohou „okvětní lístky“ orbitalu s čtyřlístkem nebo polárním tvarem čelit různými směry a magnetické kvantové číslo říká, kterým směrem čelí. Namísto po sobě jdoucích kladných celých čísel může mít magnetické kvantové číslo integrální hodnoty -2, -1, 0, +1 nebo +2. Tyto hodnoty rozdělují dílčí skořápky na jednotlivé orbitaly nesoucí elektrony. Kromě toho má každá dílčí skořápka 2ℓ + 1 orbitalů. Proto dílčí skořápky s, které se rovnají úhlovému kvantovému číslu 0, mají jednu oběžnou dráhu: (2x0) + 1 = 1. Sub-shell d, který se rovná úhlovému kvantovému číslu 2, by měl pět orbitalů: (2x2) + 1 = 5.
Roztočte kvantové číslo
Princip vyloučení Pauli říká, že žádné dva elektrony nemohou mít stejné hodnoty n, ℓ, m nebo s. Proto mohou být na stejné oběžné dráze pouze maximálně dva elektrony. Pokud jsou na stejné oběžné dráze dva elektrony, musí se otáčet opačným směrem, protože vytvářejí magnetické pole. Spinové kvantové číslo neboli s je směr, kterým se elektron točí. V rovnici můžete vidět toto číslo představované malými písmeny ma dolním písmenem s nebo m_ {s}. Vzhledem k tomu, že elektron může rotovat pouze v jednom ze dvou směrů - ve směru nebo proti směru hodinových ručiček - jsou čísla, která představují s, +1/2 nebo -1/2. Vědci mohou označit rotaci jako „nahoru“, když je proti směru hodinových ručiček, což znamená, že kvantové číslo rotace je +1/2. Když je rotace „dole“, má hodnotu m_ {s} -1/2.