Vad är Quantum Numbers?

October 11

I rådande teoretisk modell av atomen, finns det fyra kvanttal som beskriver beteendet hos elektroner. Dessa inkluderar de viktigaste, azimutiska, magnetiska och spinnkvanttalen. Tillsammans utgör dessa fyra siffror ger kvanttillståndet hos en elektron. En kvanttillstånd är den uppsättning av matematiska uppgifter som krävs för att till fullo beskriva ett visst system av materia och energi, till exempel en atom. Inga två elektroner kan dela samma fyra kvanttal, enligt principen Pauli uteslutning av kvantmekaniken.

Den första av de kvanttal kallas Huvudkvanttal. Detta antal, vilket kan vara vilket positivt heltal som börjar med ett, hänvisar till avståndet av elektronernas bana från atomkärnan. Till skillnad från planetbanor, dock elektronerna är inte fria att kretsa på alla avstånd. Snarare är de begränsade till kretsa vid diskreta energinivåer, eller kvanta-en central grundsats i kvantmekaniken. Liknar planetbanor, å andra sidan, elektroner som kretsar längre från kärnan besitter högre kinetisk energi.

Det Bankvanttal betecknar mängdsmomentet av en elektron atom orbital. Detta nummer berättar något om formen av en elektron bana runt kärnan. Elektroner kan kretsa i mer eller mindre sfäriska svärmar runt kärnan, eller de kan uppvisa mer komplicerat beteende. Idén med en elektron som en fast partikel i bana runt kärnan, emellertid, inte är korrekt. Principen Osäkerheten i kvantmekaniken säger att läget för en elektron är i grunden en fråga om sannolikhet.

Med utgångspunkt i de andra kvanttal, den magnetiska kvanttalet berättar något om inriktningen av en elektron omlopps i rymden. Denna egenskap upptäcktes först när forskarna exponerade gaser till magnetfält och sedan observerade hur de interagerade med ljus. Den magnetiska kvanttalet är också relaterad till energinivåerna hos en atom orbital.

Slutligen specificerar spinnkvantnummer ett av två spinntillstånd hos en elektron. Medan de huvudsakliga och azimutmätningens kvanttal skilja mellan olika banpositioner av en elektron, kan spinnkvanttalet skilja mellan två elektroner i en annars identisk kvanttillstånd. Om två elektroner i samma atom har samma tre föregående kvanttal, måste deras spin kvanttal vara annorlunda. Electron spin är inte exakt samma känsla av "spin" som ofta tänkt på, men det är en frihetsgrad för en elektron. Det kan ta på en av två möjliga värden: -1/2 eller +1/2.