Multe în mecanica cuantică rămân dincolo de înțelegere, multe par fantastice. Același lucru este valabil și pentru numerele cuantice, a căror natură este și astăzi misterioasă. Articolul descrie conceptul, tipurile și principiile generale de lucru cu acestea.
Caracteristici generale
Numerele cuantice întregi sau semiîntregi pentru mărimile fizice determină toate valorile discrete posibile care caracterizează sistemele de cuante (moleculă, atom, nucleu) și particule elementare. Aplicarea lor este strâns legată de existența constantei lui Planck. Caracterul discret al proceselor care au loc în microcosmos reflectă numerele cuantice și semnificația lor fizică. Ele au fost introduse mai întâi pentru a descrie regularitățile spectrelor atomului. Dar semnificația fizică și discretitatea cantităților individuale au fost dezvăluite doar în mecanica cuantică.
Mulțimea, care determină exhaustiv starea acestui sistem, a fost numită mulțime completă. Toate statele responsabile pentru valorile posibile dintr-un astfel de set formează un sistem complet de stări. Numerele cuantice din chimie cu gradele de libertate ale unui electron îl definesc în trei coordonate spațiale și un grad intern de libertate -rotire.
Configurații de electroni în atomi
Într-un atom există un nucleu și electroni, între care acționează forțele de natură electrostatică. Energia va crește pe măsură ce distanța dintre nucleu și electron scade. Se crede că energia potențială va fi zero dacă este infinit departe de nucleu. Această stare este folosită ca punct de plecare. Astfel, se determină energia relativă a electronului.
Carcasa de electroni este un set de niveluri de energie. Apartenența unuia dintre ele este exprimată prin numărul cuantic principal n.
Număr principal
Se referă la un anumit nivel de energie cu un set de orbitali care au valori similare, constând din numere naturale: n=1, 2, 3, 4, 5… Când un electron se deplasează de la o treaptă la alta, principalele modificări ale numărului cuantic. Trebuie luat în considerare faptul că nu toate nivelurile sunt umplute cu electroni. Când se umple învelișul unui atom, se realizează principiul energiei minime. Starea lui în acest caz se numește neexcitată sau de bază.
Numere orbitale
Fiecare nivel are orbitali. Aceia dintre ei cu energie similară formează un subnivel. O astfel de atribuire se face folosind numărul cuantic orbital (sau, așa cum este numit și lateral), l, care preia valorile numerelor întregi de la zero la n - 1. Deci un electron care are numerele cuantice principale și orbitale. n și l pot fi egale, începând cu l=0 și terminând cu l=n - 1.
Aceasta arată natura mișcării respectivuluisubnivel și nivel energetic. Pentru l=0 și orice valoare a lui n, norul de electroni va avea forma unei sfere. Raza sa va fi direct proporțională cu n. La l=1, norul de electroni va lua forma infinitului sau a cifrei opt. Cu cât valoarea lui l este mai mare, cu atât forma va deveni mai complexă, iar energia electronului va crește.
Numere magnetice
Ml este proiecția momentului unghiular orbital (lateral) pe una sau alta direcție a câmpului magnetic. Arată orientarea spațială a acelor orbitali în care numărul l este același. Ml poate avea valori diferite 2l + 1, de la -l la +l.
Un alt număr cuantic magnetic se numește spin - ms, care este momentul intrinsec al impulsului. Pentru a înțelege acest lucru, ne putem imagina rotația unui electron, așa cum ar fi, în jurul propriei axe. Ms poate fi -1/2, +1/2, 1.
În general, pentru orice electron, valoarea absolută a spinului s=1/2, iar ms înseamnă proiecția acestuia pe axă.
Principiul lui Pauli: un atom nu poate conține doi electroni cu 4 numere cuantice similare. Cel puțin unul dintre ei trebuie să fie excelent.
Regula pentru formularea atomilor.
- Principiul energiei minime. Potrivit acestuia, nivelurile și subnivelurile care sunt mai aproape de nucleu sunt mai întâi umplute, conform regulilor lui Klechkovsky.
- Poziția elementului indică modul în care electronii sunt distribuiți pe niveluri și subniveluri de energie:
- numărul se potrivește cu sarcina atomului și cu numărul electronilor acestuia;
- numărul periodic corespunde numărului de nivelurienergie;
- numărul grupului este același cu numărul de electroni de valență din atom;
- subgrupul arată distribuția lor.
Particule și nuclei elementare
Numerele cuantice din fizica particulelor elementare sunt caracteristicile lor interne care determină interacțiunile și modelele transformărilor. În plus față de spin s, aceasta este sarcina electrică Q, care pentru toate particulele elementare este egală cu zero sau cu un întreg, negativ sau pozitiv; sarcina barionică B (într-o particulă - zero sau unu, într-o antiparticulă - zero sau minus unu); sarcinile leptonilor, unde Le și Lm sunt egale cu zero, unu, iar în antiparticulă - zero și minus unu; spin izotopic cu număr întreg sau jumătate întreg; ciudăţenie S şi altele. Toate aceste numere cuantice se aplică atât particulelor elementare, cât și nucleelor atomice.
În sensul larg al cuvântului, ele sunt numite mărimi fizice care determină mișcarea unei particule sau a unui sistem și sunt conservate. Cu toate acestea, nu este deloc necesar ca ele să aparțină unui spectru discret de valori posibile.
