Kvantna števila so vrednosti, ki opisujejo energijo ali energijsko stanje atoma elektrona. Številke označujejo spin elektrona, energijo, magnetni moment in kotni moment. Po navedbah univerze Purdue kvantna števila izhajajo iz Bohrovega modela, Schrödingerjeve enačbe Hw = Ew, Hundovih pravil in Hund-Mullikenove orbitalne teorije. Da bi razumeli kvantna števila, ki opisujejo elektrone v atomu, je koristno, da se seznanite s sorodnimi izrazi in načeli fizike in kemije.
Glavna kvantna številka
Elektroni se vrtijo v atomskih lupinah, imenovanih orbitale. Glavno kvantno število, označeno z "n", označuje razdaljo od jedra atoma do elektrona, velikost orbitalni in azimutni kotni moment, kar je drugo kvantno število, predstavljeno z "ℓ". Tudi glavno kvantno število opisuje energijo orbitale, saj so elektroni v stalnem stanju gibanja, imajo nasprotne naboje in jih privlači jedro. Orbitale, kjer je n = 1, so bližje jedru atoma kot tiste, kjer je n = 2 ali večje število. Ko je n = 1, je elektron v osnovnem stanju. Ko je n = 2, so orbitale v vzbujenem stanju.
Kotno kvantno število
Predstavljeno z "ℓ", kotno ali azimutno kvantno število identificira obliko orbite. Pove tudi, v kateri suborbitalni ali atomski lupinski plasti lahko najdete elektron. Univerza Purdue pravi, da imajo lahko orbitale sferične oblike, kjer je ℓ = 0, polarne oblike, kjer je ℓ = 1, in oblike detelje, kjer je ℓ = 2. Oblika detelje, ki ima dodaten cvetni list, je definirana z ℓ = 3. Orbitale imajo lahko bolj zapletene oblike z dodatnimi cvetnimi listi. Kotna kvantna števila imajo lahko poljubno celo število med 0 in n-1 za opis oblike orbitale. Kadar obstajajo podorbitale ali podlupine, črka predstavlja vsako vrsto: „s“ za ℓ = 0, „p“ za ℓ = 1, „d“ za ℓ = 2 in „f“ za ℓ = 3. Orbitale imajo lahko več podlupin, kar povzroči večje kotno kvantno število. Večja kot je vrednost podkopine, bolj je pod napetostjo. Kadar je ℓ = 1 in n = 2, je podlupina 2p, saj število 2 predstavlja glavno kvantno število, p pa podlupino.
Magnetna kvantna številka
Magnetno kvantno število ali "m" opisuje usmeritev orbite na podlagi njene oblike (ℓ) in energije (n). V enačbah boste videli magnetno kvantno številko, za katero je značilna mala črka M s podpisom ℓ, m_ {ℓ}, ki vam pove orientacijo orbital znotraj podravni. Univerza Purdue navaja, da potrebujete magnetno kvantno število za katero koli obliko, ki ni krogla, kjer je ℓ = 0, ker imajo krogle samo eno usmeritev. Po drugi strani pa se lahko "cvetni listi" orbite z deteljico ali polarno obliko soočajo v različne smeri, magnetno kvantno število pa pove, v katero smer se soočajo. Namesto zaporednih pozitivnih integralnih števil ima lahko magnetno kvantno število integralne vrednosti -2, -1, 0, +1 ali +2. Te vrednosti delijo podlupine na posamezne orbitale, ki nosijo elektrone. Poleg tega ima vsaka podlupina 2ℓ + 1 orbitali. Zato ima podlupina s, ki je enaka kotnemu kvantnemu številu 0, eno orbitalo: (2x0) + 1 = 1. Podlupina d, ki je enaka kotnemu kvantnemu številu 2, bi imela pet orbital: (2x2) + 1 = 5.
Spin Quantum Number
Paulijev princip izključitve pravi, da ne moreta imeti dva elektrona enakih vrednosti n, ℓ, m ali s. Zato sta lahko v isti orbitali največ dva elektrona. Ko sta v isti orbiti dva elektrona, se morata vrteti v nasprotni smeri, saj ustvarjata magnetno polje. Spinsko kvantno število ali s je smer vrtenja elektrona. V enačbi boste morda videli to številko, predstavljeno z malimi črkami m in podpisnimi malimi črkami s ali m_ {s}. Ker se elektron lahko vrti le v eni od dveh smeri - v smeri urnega kazalca ali v nasprotni smeri urnega kazalca - so številke, ki predstavljajo s, +1/2 ali -1/2. Znanstveniki se lahko vrtijo kot "navzgor", kadar je v nasprotni smeri urnega kazalca, kar pomeni, da je kvantno število vrtenja +1/2. Ko je vrtljaj "navzdol", ima vrednost m_ {s} -1/2.