Phần lớn trong cơ học lượng tử vẫn còn nằm ngoài tầm hiểu biết, nhiều điều có vẻ rất tuyệt vời. Điều tương tự cũng áp dụng cho các số lượng tử, bản chất của nó vẫn còn là bí ẩn cho đến ngày nay. Bài viết mô tả khái niệm, các loại và nguyên tắc chung khi làm việc với chúng.
Đặc điểm chung
Số lượng tử nguyên hoặc nửa nguyên cho các đại lượng vật lý xác định tất cả các giá trị rời rạc có thể có đặc trưng cho các hệ lượng tử (phân tử, nguyên tử, hạt nhân) và các hạt cơ bản. Ứng dụng của họ có liên quan mật thiết đến sự tồn tại của hằng số Planck. Tính rời rạc của các quá trình xảy ra trong mô hình thu nhỏ phản ánh số lượng tử và ý nghĩa vật lý của chúng. Chúng được giới thiệu lần đầu tiên để mô tả sự đều đặn của quang phổ của nguyên tử. Nhưng ý nghĩa vật lý và tính rời rạc của các đại lượng riêng lẻ chỉ được tiết lộ trong cơ học lượng tử.
Tập hợp, xác định toàn bộ trạng thái của hệ này, được gọi là tập hoàn chỉnh. Tất cả các trạng thái chịu trách nhiệm về các giá trị có thể có từ một tập hợp như vậy tạo thành một hệ thống các trạng thái hoàn chỉnh. Các số lượng tử trong hóa học với bậc tự do của một electron xác định nó theo ba tọa độ không gian và bậc tự do bên trong -quay.
Cấu hình electron trong nguyên tử
Trong nguyên tử có hạt nhân và các êlectron, giữa các lực này có tác dụng lực của bản chất tĩnh điện. Năng lượng sẽ tăng khi khoảng cách giữa hạt nhân và electron giảm dần. Người ta tin rằng thế năng sẽ bằng 0 nếu nó ở xa hạt nhân vô hạn. Trạng thái này được sử dụng làm điểm bắt đầu. Do đó, năng lượng tương đối của electron được xác định.
Vỏ electron là một tập hợp các mức năng lượng. Thuộc về một trong số chúng được biểu thị bằng số lượng tử chính n.
Số chính
Nó đề cập đến một mức năng lượng nhất định với một tập hợp các obitan có giá trị tương tự, bao gồm các số tự nhiên: n=1, 2, 3, 4, 5… Khi một electron chuyển từ bậc này sang bậc khác, số lượng tử chính thay đổi. Cần lưu ý rằng không phải tất cả các cấp đều chứa đầy electron. Khi lấp đầy lớp vỏ của một nguyên tử, nguyên tắc ít năng lượng nhất được thực hiện. Trạng thái của anh ấy trong trường hợp này được gọi là không bị kích thích hoặc cơ bản.
Số quỹ đạo
Mỗi cấp độ có các obitan. Những người trong số họ có năng lượng tương tự tạo thành một cấp độ bán lại. Phép gán như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng số lượng tử quỹ đạo (hay còn được gọi là bên) l, nhận các giá trị của các số nguyên từ 0 đến n - 1. Vì vậy, một electron có số lượng tử chính và quỹ đạo n và l có thể bằng nhau, bắt đầu bằng l=0 và kết thúc bằng l=n - 1.
Điều này cho thấy bản chất của chuyển động củacấp lại và mức năng lượng. Với l=0 và giá trị bất kỳ của n, đám mây electron sẽ có dạng hình cầu. Bán kính của nó sẽ tỷ lệ thuận với n. Tại l=1, đám mây electron sẽ có dạng vô cực hoặc hình tám. Giá trị của l càng lớn thì hình dạng càng phức tạp và năng lượng của electron sẽ tăng lên.
Số từ
Ml là hình chiếu của momen động lượng quỹ đạo (mặt bên) lên một hoặc một hướng khác của từ trường. Nó chỉ ra sự định hướng trong không gian của các obitan trong đó số l là như nhau. Ml có thể có các giá trị khác nhau 2l + 1, từ -l đến + l.
Một số lượng tử từ tính khác được gọi là spin - ms, là mômen nội tại của động lượng. Để hiểu điều này, người ta có thể hình dung sự quay của một electron, như nó vốn có, quanh trục của chính nó. Ms có thể là -1/2, +1/2, 1.
Nói chung, đối với bất kỳ electron nào, giá trị tuyệt đối của spin s=1/2 và ms có nghĩa là hình chiếu của nó lên trục.
Nguyên lý
Pauli: một nguyên tử không thể chứa hai electron với 4 số lượng tử giống nhau. Ít nhất một trong số chúng phải xuất sắc.
Quy tắc cấu tạo nguyên tử.
- Nguyên tắc năng lượng tối thiểu. Theo đó, các cấp và cấp lại gần với cốt lõi sẽ được lấp đầy trước tiên, theo các quy tắc của Klechkovsky.
- Vị trí của nguyên tố cho biết cách phân bố các electron qua các mức năng lượng và mức phân chia lại:
- số phù hợp với điện tích của nguyên tử và số electron của nó;
- số tuần hoàn tương ứng với số cấp độnăng lượng;
- số nhóm giống với số electron hóa trị trong nguyên tử;
- phân nhóm hiển thị sự phân bố của chúng.
Các hạt cơ bản và hạt nhân
Các số lượng tử trong vật lý của các hạt cơ bản là đặc điểm bên trong của chúng xác định các tương tác và các dạng biến đổi. Ngoài spin s, đây là điện tích Q, mà đối với tất cả các hạt cơ bản đều bằng 0 hoặc một số nguyên, âm hoặc dương; điện tích baryon B (trong hạt - không hoặc một, trong phản hạt - bằng 0 hoặc trừ một); điện tích lepton, trong đó Le và Lm bằng không, một, và trong phản hạt - bằng không và trừ đi một; spin đồng vị với số nguyên hoặc nửa số nguyên; sự kỳ lạ S và những người khác. Tất cả các số lượng tử này áp dụng cho cả các hạt cơ bản và hạt nhân nguyên tử.
Theo nghĩa rộng của từ này, chúng được gọi là các đại lượng vật lý xác định chuyển động của một hạt hoặc hệ thống và được bảo toàn. Tuy nhiên, không nhất thiết chúng phải thuộc một phổ rời rạc của các giá trị có thể có.
