Vieles in der Quantenmechanik bleibt unverständlich, vieles scheint fantastisch. Gleiches gilt für Quantenzahlen, deren Natur bis heute rätselhaft ist. Der Artikel beschreibt das Konzept, die Arten und die allgemeinen Prinzipien der Arbeit mit ihnen.
Allgemeine Eigenschaften
Ganzzahlige oder halbzahlige Quantenzahlen für physikalische Größen bestimmen alle möglichen diskreten Werte, die Systeme aus Quanten (Molekül, Atom, Kern) und Elementarteilchen charakterisieren. Ihre Anwendung hängt eng mit der Existenz der Planckschen Konstante zusammen. Die Diskretheit der im Mikrokosmos ablaufenden Prozesse spiegelt Quantenzahlen und ihre physikalische Bedeutung wider. Sie wurden zuerst eingeführt, um die Gesetzmäßigkeiten der Spektren des Atoms zu beschreiben. Aber die physikalische Bedeutung und Diskretion einzelner Größen wurden erst in der Quantenmechanik offenbart.
Die Menge, die den Zustand dieses Systems erschöpfend bestimmt, wurde die vollständige Menge genannt. Alle für mögliche Werte aus einer solchen Menge verantwortlichen Zustände bilden ein vollständiges Zustandssystem. Quantenzahlen in der Chemie mit den Freiheitsgraden eines Elektrons definieren es in drei Raumkoordinaten und einem inneren Freiheitsgrad -drehen.
Elektronenkonfigurationen in Atomen
In einem Atom gibt es einen Kern und Elektronen, zwischen denen die Kräfte einer elektrostatischen Natur wirken. Die Energie nimmt zu, wenn der Abstand zwischen Kern und Elektron abnimmt. Es wird angenommen, dass die potentielle Energie Null ist, wenn sie unendlich weit vom Kern entfernt ist. Dieser Zustand wird als Ausgangspunkt verwendet. Damit ist die relative Energie des Elektrons bestimmt.
Die Elektronenhülle ist eine Reihe von Energieniveaus. Die Zugehörigkeit zu einem von ihnen wird durch die Hauptquantenzahl n ausgedrückt.
Hauptnummer
Es bezieht sich auf ein bestimmtes Energieniveau mit einer Reihe von Orbitalen, die ähnliche Werte haben und aus natürlichen Zahlen bestehen: n=1, 2, 3, 4, 5… Wenn sich ein Elektron von einer Stufe zur nächsten bewegt, die Hauptquantenzahl ändert sich. Dabei ist zu berücksichtigen, dass nicht alle Ebenen mit Elektronen gefüllt sind. Beim Füllen der Hülle eines Atoms wird das Prinzip der geringsten Energie verwirklicht. Sein Zustand wird in diesem Fall als unaufgeregt oder basisch bezeichnet.
Orbitalzahlen
Jedes Level hat Orbitale. Diejenigen von ihnen mit ähnlicher Energie bilden eine Unterebene. Eine solche Zuordnung erfolgt über die Orbital- (oder, wie es auch genannt wird, Neben-)Quantenzahl l, die die Werte ganzer Zahlen von Null bis n - 1 annimmt. Also ein Elektron, das die Haupt- und Orbitalquantenzahlen hat n und l können gleich sein, beginnend mit l=0 und endend mit l=n - 1.
Dies zeigt die Art der Bewegung des jeweiligenUnterebene und Energieebene. Für l=0 und jeden Wert von n hat die Elektronenwolke die Form einer Kugel. Sein Radius ist direkt proportional zu n. Bei l=1 nimmt die Elektronenwolke die Form einer Unendlichkeit oder einer Acht an. Je größer der Wert von l, desto komplexer wird die Form und die Energie des Elektrons steigt.
Magnetzahlen
Ml ist die Projektion des orbitalen (seitlichen) Drehimpulses auf die eine oder andere Richtung des Magnetfeldes. Es zeigt die räumliche Orientierung derjenigen Orbitale, in denen die Zahl l gleich ist. Ml kann unterschiedliche Werte 2l + 1 haben, von -l bis +l.
Eine andere magnetische Quantenzahl heißt Spin - ms, was das Eigenmoment des Impulses ist. Um das zu verstehen, kann man sich die Rotation eines Elektrons sozusagen um seine eigene Achse vorstellen. Ms kann -1/2, +1/2, 1 sein.
Im Allgemeinen ist für jedes Elektron der absolute Wert des Spins s=1/2, und ms bedeutet seine Projektion auf die Achse.
Pauli-Prinzip: Ein Atom kann nicht zwei Elektronen mit 4 ähnlichen Quantenzahlen enth alten. Mindestens einer von ihnen muss ausgezeichnet sein.
Die Regel für die Formulierung von Atomen.
- Prinzip der minimalen Energie. Danach werden nach den Regeln von Klechkovsky zunächst die dem Kern näher liegenden Ebenen und Unterebenen gefüllt.
- Die Position des Elements gibt an, wie die Elektronen auf Energieniveaus und Unterniveaus verteilt sind:
- die Zahl entspricht der Ladung des Atoms und der Anzahl seiner Elektronen;
- Periodenzahl entspricht der Anzahl der EbenenEnergie;
- Gruppennummer ist gleich der Anzahl der Valenzelektronen im Atom;
- Untergruppe zeigt ihre Verteilung.
Elementarteilchen und Kerne
Quantenzahlen in der Physik der Elementarteilchen sind ihre inneren Eigenschaften, die die Wechselwirkungen und Muster von Transformationen bestimmen. Neben dem Spin s ist dies die elektrische Ladung Q, die für alle Elementarteilchen gleich Null oder ganzzahlig, negativ oder positiv ist; Baryonenladung B (in einem Teilchen - null oder eins, in einem Antiteilchen - null oder minus eins); Leptonladungen, wobei Le und Lm gleich null, eins und im Antiteilchen null und minus eins sind; Isotopenspin mit ganzzahliger oder halbzahliger Zahl; Fremdheit S und andere. Alle diese Quantenzahlen gelten sowohl für Elementarteilchen als auch für Atomkerne.
Im weiten Sinne des Wortes nennt man sie physikalische Größen, die die Bewegung eines Teilchens oder Systems bestimmen und erh alten bleiben. Es ist jedoch keineswegs notwendig, dass sie einem diskreten Spektrum möglicher Werte angehören.
