תוֹכֶן
מספרים קוונטיים הם ערכים המתארים את האנרגיה או המצב האנרגטי של האלקטרון של האטום. המספרים מצביעים על סיבוב של אלקטרונים, אנרגיה, רגע מגנטי ורגע זוויתי. על פי נתוני אוניברסיטת פרדו, מספרים קוונטיים מגיעים ממודל בוהר, משוואת הגלים של שרדינגר Hw = Ew, כללי הכללים של Hund ותורת המסלול של Hund-Mulliken. כדי להבין את המספרים הקוונטיים המתארים את האלקטרונים באטום, מועיל להכיר את המונחים והעקרונות הפיזיקה והכימיה הקשורים.
מספר קוונטי עיקרי
אלקטרונים מסתובבים בפגזים אטומיים הנקראים אורביטלים. מאופיין על ידי "n", המספר הקוונטי העיקרי מזהה את המרחק מגרעין האטום לאלקטרון, את גודל המסלול והמומנטום הזוויתי של אזימוטל, שהוא המספר הקוונטי השני המיוצג על ידי "ℓ." המספר הקוונטי העיקרי מתאר גם את האנרגיה של מסלול מכיוון שאלקטרונים נמצאים במצב קבוע של תנועה, הם בעלי מטענים מנוגדים ונמשכים לגרעין. אורביטלים שבהם n = 1 קרובים יותר לגרעין האטום מאלו שבהם n = 2 או מספר גבוה יותר. כאשר n = 1, אלקטרון נמצא במצב קרקעי. כאשר n = 2, האורביטלים במצב נרגש.
מספר קוונטי זוויתי
מיוצג על ידי "ℓ", המספר הקוונטי הזוויתי או האזימוטאלי מזהה את צורתו של מסלול. זה גם אומר לך באיזו שכבה תת-עורית, או אטומית אטומית, אתה יכול למצוא אלקטרון. אוניברסיטת פורדו אומרת שאורביטלים יכולים להיות בעלי צורות כדוריות בהן ℓ = 0, צורות קוטביות בהן ℓ = 1 וצורות תלתן בהן ℓ = 2. צורת תלתן בעלת עלי כותרת נוספת מוגדרת על ידי ℓ = 3. אורביטלים יכולים להיות בעלי צורות מורכבות יותר עם עלי כותרת נוספים. למספרים קוונטיים זוויתיים יכולים להיות מספר שלם בין 0 ל- n-1 כדי לתאר את צורתו של מסלול. כאשר ישנם תת-אורביטלים, או מעטפת-משנה, האות מייצגת כל סוג: "s" עבור ℓ = 0, "p" עבור ℓ = 1, "d" עבור ℓ = 2 ו- "f" עבור ℓ = 3. לאורביטלים יכולים להיות יותר קליפות משנה שגורמות למספר קוונטי זוויתי גדול יותר. ככל שערכו של מעטפת המשנה גדול יותר, כך הוא מלא אנרגיה. כאשר ℓ = 1 ו- n = 2, מעטפת המשנה היא 2p שכן המספר 2 מייצג את המספר הקוונטי העיקרי ו- p מייצג את מעטפת המשנה.
מספר קוונטי מגנטי
המספר הקוונטי המגנטי, או "מ", מתאר את האוריינטציה של מסלול המבוסס על צורתו (ℓ) ואנרגיה (n). במשוואות, תראה את המספר הקוונטי המגנטי המאופיין באות הקטנה M עם תסריט ℓ, m_ {ℓ}, המספר את כיוון האורביטלים ברמת משנה. אוניברסיטת פרדו קובע שאתה צריך את המספר הקוונטי המגנטי לכל צורה שאינה כדורית, שם ℓ = 0, מכיוון שלתחומים יש רק כיוון אחד. לעומת זאת, "עלי הכותרת" של מסלול עם צורת תלתן או קוטב יכולים לעמוד בכיוונים שונים, ומספר הקוונטים המגנטי מספר לאיזה כיוון הם פונים. במקום שיהיו מספרים אינטגרליים חיוביים רצופים, למספר קוונטי מגנטי יכולים להיות ערכים אינטגרליים של -2, -1, 0, +1 או +2. ערכים אלה מפצלים מעטפת תת לפסים אורביטלים הנושאים את האלקטרונים. בנוסף, לכל מעטפת משנה יש אורביטלים של 2bit + 1. לפיכך, למעטפות משנה, השוות למספר הקוונטי הזוויתי 0, יש מסלול אחד: (2x0) + 1 = 1. תת-מעטפת d, השווה למספר הקוונטי הזוויתי 2, הייתה בעלת חמישה אורביטלים: (2x2) + 1 = 5.
ספין מספר קוונטי
עקרון ההדרה של פאולי אומר כי לשני אלקטרונים לא יכולים להיות אותם ערכים n, ℓ, m או s. לכן רק שני אלקטרונים לכל היותר יכולים להיות באותו מסלול. כשיש שני אלקטרונים באותו מסלול הם חייבים להסתובב בכיוונים מנוגדים, מכיוון שהם יוצרים שדה מגנטי. מספר הקוונטים של הסיבוב, או s, הוא הכיוון אליו מסתובב אלקטרון. במשוואה, ייתכן שתראה את המספר הזה המיוצג על ידי אותיות קטנות ואותיות קטנות בתחתית התחתון, או m_ {s}. מכיוון שאלקטרון יכול להסתובב רק בשני כיוונים - עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון - המספרים המייצגים s הם +1/2 או -1/2. מדענים עשויים להתייחס לסיבוב כ"עלייה "כאשר הוא נגד כיוון השעון, כלומר מספר הקוונטים של הסיבוב הוא +1/2. כאשר הסיבוב הוא "למטה", יש לו ערך m_ {s} של -1/2.