Квантовые числа - это значения, которые описывают энергию или энергетическое состояние электрона атома. Цифры указывают спин, энергию, магнитный момент и угловой момент электрона. Согласно университету Пердью, квантовые числа происходят из модели Бора, волнового уравнения Шредингера Hw = Ew, правил Хунда и орбитальной теории Хунда-Малликена. Чтобы понять квантовые числа, описывающие электроны в атоме, полезно знать соответствующие термины и принципы физики и химии.
Главное квантовое число
Электроны вращаются в атомных оболочках, называемых орбиталями. Обозначаемое буквой n, главное квантовое число определяет расстояние от ядра атома до электрона, размер орбиталь и азимутальный угловой момент, который является вторым квантовым числом, обозначенным буквой «». Главное квантовое число также описывает энергию орбитали, поскольку электроны находятся в постоянном движении, имеют противоположные заряды и притягиваются к ядро. Орбитали с n = 1 ближе к ядру атома, чем с n = 2 или большим числом. Когда n = 1, электрон находится в основном состоянии. Когда n = 2, орбитали находятся в возбужденном состоянии.
Угловое квантовое число
Угловое или азимутальное квантовое число, обозначаемое буквой «», определяет форму орбитали. Он также сообщает вам, в каком суборбитальном слое или слое атомной оболочки вы можете найти электрон. Университет Пердью утверждает, что орбитали могут иметь сферическую форму, где ℓ = 0, полярные формы, где ℓ = 1, и формы клеверного листа, где = 2. Форма клеверного листа с дополнительным лепестком определяется как ℓ = 3. Орбитали могут иметь более сложную форму с дополнительными лепестками. Угловые квантовые числа могут иметь любое целое число от 0 до n-1 для описания формы орбитали. Когда есть суборбитали или субоболочки, буква представляет каждый тип: «s» для = 0, «p» для = 1, «d» для = 2 и «f» для = 3. Орбитали могут иметь больше подоболочек, что приводит к большему угловому квантовому числу. Чем больше значение суб-оболочки, тем больше она заряжена. Когда ℓ = 1 и n = 2, подоболочка равна 2p, поскольку число 2 представляет главное квантовое число, а p представляет собой подоболочку.
Магнитное квантовое число
Магнитное квантовое число, или «m», описывает ориентацию орбиты на основе ее формы (ℓ) и энергии (n). В уравнениях вы увидите магнитное квантовое число, характеризующееся строчной буквой M с нижним индексом ℓ, m_ {ℓ}, который сообщает вам ориентацию орбиталей внутри подуровня. Университет Пердью утверждает, 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 обращены в разные стороны, и магнитное квантовое число указывает, в какую сторону они смотрят. Вместо того, чтобы иметь последовательные положительные целые числа, магнитное квантовое число может иметь целые значения -2, -1, 0, +1 или +2. Эти значения разделяют суб-оболочки на отдельные орбитали, несущие электроны. Кроме того, каждая подоболочка имеет 2ℓ + 1 орбитали. Следовательно, подоболочка s, равная угловому квантовому числу 0, имеет одну орбиталь: (2x0) + 1 = 1. Подоболочка d, равная угловому квантовому числу 2, будет иметь пять орбиталей: (2x2) + 1 = 5.
Спиновое квантовое число
Принцип исключения Паули гласит, что никакие два электрона не могут иметь одинаковые значения n, ℓ, m или s. Следовательно, на одной орбитали могут находиться не более двух электронов. Когда на одной орбитали находятся два электрона, они должны вращаться в противоположных направлениях, поскольку создают магнитное поле. Спиновое квантовое число или s - это направление вращения электрона. В уравнении вы можете увидеть это число, представленное строчной буквой m и строчной буквой s в нижнем регистре, 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 спин «вверх», когда он вращается против часовой стрелки, что означает, что квантовое число спина равно +1/2. Когда вращение «вниз», оно имеет значение m_ {s} -1/2.
