خیلی چیزها در مکانیک کوانتومی فراتر از درک باقی می مانند، خیلی چیزها خارق العاده به نظر می رسند. همین امر در مورد اعداد کوانتومی نیز صدق می کند که ماهیت آنها امروزه هنوز مرموز است. در این مقاله مفهوم، انواع و اصول کلی کار با آنها توضیح داده شده است.
ویژگی های کلی
اعداد کوانتومی عدد صحیح یا نیمه صحیح برای کمیت های فیزیکی، همه مقادیر گسسته ممکن را تعیین می کند که سیستم های کوانتومی (مولکول، اتم، هسته) و ذرات بنیادی را مشخص می کند. کاربرد آنها ارتباط نزدیکی با وجود ثابت پلانک دارد. گسستگی فرآیندهایی که در عالم کوچک اتفاق می‌افتند، اعداد کوانتومی و معنای فیزیکی آنها را منعکس می‌کند. آنها ابتدا به منظور تشریح نظم طیف های اتم معرفی شدند. اما معنای فیزیکی و گسستگی کمیت‌های منفرد فقط در مکانیک کوانتومی آشکار شد. تمام ایالت هایی که مسئول مقادیر ممکن از چنین مجموعه ای هستند، یک سیستم کامل از حالت ها را تشکیل می دهند. اعداد کوانتومی در شیمی با درجات آزادی یک الکترون آن را در سه مختصات فضایی و یک درجه آزادی درونی تعریف می‌کنند.چرخش.
پیکربندی الکترون در اتم
در یک اتم یک هسته و الکترون وجود دارد که بین آنها نیروهای طبیعت الکترواستاتیکی عمل می کنند. با کاهش فاصله بین هسته و الکترون، انرژی افزایش می یابد. اعتقاد بر این است که انرژی پتانسیل در صورت فاصله بی نهایت از هسته صفر خواهد بود. این حالت به عنوان نقطه شروع استفاده می شود. بنابراین، انرژی نسبی الکترون تعیین می شود.
پوسته الکترونی مجموعه ای از سطوح انرژی است. تعلق به یکی از آنها با عدد کوانتومی اصلی n بیان می شود.
شماره اصلی
به سطح انرژی معینی با مجموعه‌ای از اوربیتال‌ها اشاره دارد که مقادیر مشابهی دارند، متشکل از اعداد طبیعی: n=1، 2، 3، 4، 5… هنگامی که یک الکترون از یک پله به پله دیگر حرکت می‌کند، تغییرات اعداد کوانتومی اصلی باید در نظر داشت که همه سطوح با الکترون پر نمی شوند. هنگام پر کردن پوسته یک اتم، اصل کمترین انرژی محقق می شود. حالت او در این مورد غیر هیجان‌زده یا پایه نامیده می‌شود.
اعداد مداری
هر سطح دارای اوربیتال است. آنهایی از آنها با انرژی مشابه یک سطح فرعی تشکیل می دهند. چنین تخصیصی با استفاده از عدد کوانتومی مداری (یا همانطور که به آن نیز گفته می شود، جانبی) l انجام می شود که مقادیر اعداد صحیح را از صفر تا n - 1 می گیرد. بنابراین الکترونی که دارای اعداد کوانتومی اصلی و مداری است. n و l می توانند مساوی باشند که با l=0 شروع و با l=n - 1 ختم می شود.
این ماهیت حرکت مربوطه را نشان می دهدزیرسطح و سطح انرژی برای l=0 و هر مقدار n، ابر الکترونی شکل یک کره خواهد داشت. شعاع آن با n متناسب خواهد بود. در l=1، ابر الکترونی به شکل بی نهایت یا شکل هشت خواهد بود. هرچه مقدار l بزرگتر باشد، شکل پیچیده تر می شود و انرژی الکترون افزایش می یابد.
اعداد مغناطیسی
Ml پیش بینی تکانه زاویه ای مداری (جانبی) بر روی یک یا جهت دیگری از میدان مغناطیسی است. جهت گیری فضایی اوربیتال هایی را نشان می دهد که عدد l در آنها یکسان است. Ml می تواند مقادیر متفاوتی 2l + 1، از -l تا +l داشته باشد.
یک عدد کوانتومی مغناطیسی دیگر اسپین - ms نامیده می شود که لحظه ذاتی تکانه است. برای درک این موضوع، می توان چرخش یک الکترون را، به عنوان مثال، حول محور خود تصور کرد. Ms می تواند -1/2، +1/2، 1 باشد.
به طور کلی، برای هر الکترونی، قدر مطلق اسپین s=1/2، و ms به معنای طرح ریزی آن بر روی محور است.
اصل پائولی: یک اتم نمی تواند حاوی دو الکترون با 4 عدد کوانتومی مشابه باشد. حداقل یکی از آنها باید عالی باشد.
قانون فرمول‌بندی اتم‌ها.
- اصل حداقل انرژی. طبق آن ابتدا طبق قوانین کلچکوفسکی سطوح و زیرسطح هایی که به هسته نزدیکتر هستند پر می شوند.
- موقعیت عنصر نشان می دهد که الکترون ها چگونه در سطوح انرژی و سطوح فرعی توزیع می شوند:
- عدد با بار اتم و تعداد الکترون های آن مطابقت دارد؛
- عدد تناوبی با تعداد سطوح مطابقت داردانرژی؛
- عدد گروه برابر با تعداد الکترون های ظرفیت اتم است؛
- زیرگروه توزیع آنها را نشان می دهد.
ذرات و هسته های بنیادی
اعداد کوانتومی در فیزیک ذرات بنیادی ویژگی های درونی آنهاست که برهمکنش ها و الگوهای تبدیل ها را تعیین می کند. علاوه بر اسپین s، این بار الکتریکی Q است که برای همه ذرات بنیادی برابر با صفر یا یک عدد صحیح، منفی یا مثبت است. بار باریون B (در یک ذره - صفر یا یک، در یک پادذره - صفر یا منهای یک)؛ بارهای لپتون، که در آن Le و Lm برابر با صفر، یک و در پادذره - صفر و منهای یک هستند. اسپین ایزوتوپی با عدد صحیح یا نیمه صحیح. غریبگی اس و دیگران. همه این اعداد کوانتومی هم برای ذرات بنیادی و هم برای هسته‌های اتم کاربرد دارند. با این حال، اصلاً لازم نیست که آنها به یک طیف مجزا از مقادیر ممکن تعلق داشته باشند.
