Kwantumgetallen zijn waarden die de energie of energetische toestand van het elektron van een atoom beschrijven. De getallen geven de spin, energie, magnetisch moment en hoekmoment van een elektron aan. Volgens Purdue University zijn kwantumgetallen afkomstig van het Bohr-model, de Hw = Ew-golfvergelijking van Schrödinger, de Hund-regels en de Hund-Mulliken-orbitaaltheorie. Om de kwantumgetallen te begrijpen die de elektronen in een atoom beschrijven, is het handig om bekend te zijn met de verwante termen en principes van natuurkunde en scheikunde.
Hoofdkwantumnummer
Elektronen draaien in atomaire schillen die orbitalen worden genoemd. Gekenmerkt door "n", identificeert het belangrijkste kwantumgetal de afstand van de kern van een atoom tot een elektron, de grootte van de orbitaal en het azimutale impulsmoment, het tweede kwantumgetal dat wordt weergegeven door "". Het hoofdkwantumgetal ook beschrijft de energie van een orbitaal omdat elektronen constant in beweging zijn, tegengestelde ladingen hebben en worden aangetrokken door de kern. Orbitalen waar n=1 zich dichter bij de kern van een atoom bevinden dan die waar n=2 of een hoger getal. Wanneer n=1, bevindt een elektron zich in een grondtoestand. Wanneer n=2 zijn de orbitalen in een aangeslagen toestand.
Hoekig kwantumgetal
Vertegenwoordigd door "ℓ", identificeert het hoekige of azimutale kwantumgetal de vorm van een orbitaal. Het vertelt je ook in welke suborbitale of atomaire schaallaag je een elektron kunt vinden. Purdue University zegt dat orbitalen bolvormen kunnen hebben waar ℓ=0, polaire vormen waar ℓ=1 en klaverbladvormen waar shapes=2. Een klaverbladvorm met een extra bloemblad wordt gedefinieerd door ℓ=3. Orbitalen kunnen complexere vormen hebben met extra bloembladen. Hoekige kwantumgetallen kunnen elk geheel getal tussen 0 en n-1 hebben om de vorm van een orbitaal te beschrijven. Als er sub-orbitalen of sub-shells zijn, vertegenwoordigt een letter elk type: "s" voor ℓ=0, "p" voor ℓ=1, "d" voor ℓ=2 en "f" voor ℓ=3. Orbitalen kunnen meer subschillen hebben die resulteren in een groter hoekig kwantumgetal. Hoe groter de waarde van de sub-shell, hoe meer energie deze heeft. Wanneer ℓ=1 en n=2 is de subschil 2p, aangezien het getal 2 het hoofdkwantumgetal vertegenwoordigt en p de subschil.
Magnetisch kwantumgetal
Het magnetische kwantumgetal, of "m", beschrijft de oriëntatie van een orbitaal op basis van zijn vorm (ℓ) en energie (n). In vergelijkingen zie je het magnetische kwantumgetal dat wordt gekenmerkt door de kleine letter M met een subscript ℓ, m_{ℓ}, dat je de oriëntatie van de orbitalen binnen een subniveau vertelt. Purdue University stelt dat je het magnetische kwantumgetal nodig hebt voor elke vorm die geen bol is, waarbij ℓ=0, omdat bollen maar één richting hebben. Aan de andere kant kunnen de "bloemblaadjes" van een orbitaal met een klaverblad- of polaire vorm in verschillende richtingen staan, en het magnetische kwantumgetal vertelt welke kant ze op staan. In plaats van opeenvolgende positieve gehele getallen te hebben, kan een magnetisch kwantumgetal integrale waarden van -2, -1, 0, +1 of +2 hebben. Deze waarden splitsen subschillen op in afzonderlijke orbitalen die de elektronen dragen. Bovendien heeft elke subschil 2ℓ+1 orbitalen. Daarom heeft subschil s, die gelijk is aan het hoekige kwantumgetal 0, één orbitaal: (2x0)+1=1. Subschil d, die gelijk is aan het hoekige kwantumgetal 2, zou vijf orbitalen hebben: (2x2)+1=5.
Spin Quantum Nummer
Het Pauli-uitsluitingsprincipe zegt dat geen twee elektronen dezelfde n-, ℓ-, m- of s-waarden kunnen hebben. Daarom kunnen er maximaal twee elektronen in dezelfde orbitaal zijn. Als er twee elektronen in dezelfde orbitaal zijn, moeten ze in tegengestelde richtingen draaien, omdat ze een magnetisch veld creëren. Het spinkwantumgetal, of s, is de richting waarin een elektron draait. In een vergelijking ziet u dit getal mogelijk weergegeven door een kleine letter m en een subscript kleine letter s, of m_{s}. Omdat een elektron alleen in een van de twee richtingen kan draaien - met de klok mee of tegen de klok in - zijn de getallen die s vertegenwoordigen +1/2 of -1/2. Wetenschappers kunnen naar de spin verwijzen als "omhoog" wanneer deze tegen de klok in is, wat betekent dat het spinkwantumgetal +1/2 is. Wanneer de spin "omlaag" is, heeft deze een m_{s} waarde van -1/2.
