Veel in de kwantummechanica blijft onbegrijpelijk, veel lijkt fantastisch. Hetzelfde geldt voor kwantumgetallen, waarvan de aard vandaag de dag nog steeds mysterieus is. Het artikel beschrijft het concept, de typen en de algemene principes om ermee te werken.
Algemene kenmerken
Gehele of half-gehele kwantumgetallen voor fysieke grootheden bepalen alle mogelijke discrete waarden die systemen van quanta (molecuul, atoom, kern) en elementaire deeltjes karakteriseren. Hun toepassing hangt nauw samen met het bestaan van de constante van Planck. De discretie van processen die plaatsvinden in de microkosmos weerspiegelt kwantumgetallen en hun fysieke betekenis. Ze werden voor het eerst geïntroduceerd om de regelmatigheden van de spectra van het atoom te beschrijven. Maar de fysieke betekenis en discretie van individuele grootheden werden alleen onthuld in de kwantummechanica.
De verzameling, die uitputtend de toestand van dit systeem bepa alt, werd de volledige verzameling genoemd. Alle staten die verantwoordelijk zijn voor mogelijke waarden uit zo'n set vormen een compleet systeem van staten. Kwantumgetallen in de chemie met de vrijheidsgraden van een elektron definiëren het in drie ruimtelijke coördinaten en een interne vrijheidsgraad -draaien.
Elektronenconfiguraties in atomen
In een atoom bevinden zich een kern en elektronen, waartussen de krachten van elektrostatische aard werken. De energie zal toenemen naarmate de afstand tussen de kern en het elektron kleiner wordt. Er wordt aangenomen dat de potentiële energie nul zal zijn als deze oneindig ver van de kern verwijderd is. Deze toestand wordt als uitgangspunt gebruikt. Zo wordt de relatieve energie van het elektron bepaald.
De elektronenschil is een reeks energieniveaus. Behorend tot een van hen wordt uitgedrukt door het hoofdkwantumgetal n.
Hoofdnummer
Het verwijst naar een bepaald energieniveau met een reeks orbitalen met vergelijkbare waarden, bestaande uit natuurlijke getallen: n=1, 2, 3, 4, 5… Wanneer een elektron van de ene stap naar de andere gaat, belangrijkste kwantumgetal verandert. Houd er rekening mee dat niet alle niveaus gevuld zijn met elektronen. Bij het vullen van de schil van een atoom wordt het principe van de minste energie gerealiseerd. Zijn toestand wordt in dit geval unexcited of basic genoemd.
Orbitale nummers
Elk niveau heeft orbitalen. Die van hen met vergelijkbare energie vormen een subniveau. Zo'n toewijzing wordt gemaakt met behulp van het orbitale (of, zoals het ook wordt genoemd, zij) kwantumgetal l, dat de waarden aanneemt van gehele getallen van nul tot n - 1. Dus een elektron dat de hoofd- en orbitale kwantumgetallen heeft n en l kunnen gelijk zijn, beginnend met l=0 en eindigend met l=n - 1.
Dit toont de aard van de beweging van de respectievelijkesubniveau en energieniveau. Voor l=0 en elke waarde van n heeft de elektronenwolk de vorm van een bol. De straal is recht evenredig met n. Bij l=1 zal de elektronenwolk de vorm aannemen van oneindig of cijfer acht. Hoe groter de waarde van l, hoe complexer de vorm zal worden en de energie van het elektron zal toenemen.
Magnetische getallen
Ml is de projectie van het orbitale (zij) impulsmoment op een of andere richting van het magnetische veld. Het toont de ruimtelijke oriëntatie van die orbitalen waarin het getal l hetzelfde is. Ml kan verschillende waarden hebben 2l + 1, van -l tot +l.
Een ander magnetisch kwantumgetal wordt spin - ms genoemd, wat het intrinsieke moment van het momentum is. Om dit te begrijpen kan men zich de rotatie van een elektron als het ware om zijn eigen as voorstellen. Ms kan -1/2, +1/2, 1.
In het algemeen is voor elk elektron de absolute waarde van de spin s=1/2, en ms betekent zijn projectie op de as.
Pauli's principe: een atoom kan geen twee elektronen bevatten met 4 gelijke kwantumgetallen. Ten minste één ervan moet uitstekend zijn.
De regel voor het formuleren van atomen.
- Principe van minimale energie. Volgens de regels van Klechkovsky worden volgens de regels van Klechkovsky eerst de niveaus en subniveaus die dichter bij de kern liggen, gevuld.
- De positie van het element geeft aan hoe de elektronen zijn verdeeld over energieniveaus en subniveaus:
- het getal komt overeen met de lading van het atoom en het aantal elektronen;
- periodiek nummer komt overeen met het aantal niveausenergie;
- groepsnummer is hetzelfde als het aantal valentie-elektronen in het atoom;
- subgroep toont hun distributie.
Elementaire deeltjes en kernen
Quantumgetallen in de fysica van elementaire deeltjes zijn hun interne kenmerken die de interacties en patronen van transformaties bepalen. Naast de spin s is dit de elektrische lading Q, die voor alle elementaire deeltjes gelijk is aan nul of een geheel getal, negatief of positief; baryonlading B (in een deeltje - nul of één, in een antideeltje - nul of min één); leptonladingen, waarbij Le en Lm gelijk zijn aan nul, één, en in het antideeltje - nul en min één; isotopische spin met geheel of half geheel getal; vreemdheid S en anderen. Al deze kwantumgetallen gelden zowel voor elementaire deeltjes als voor atoomkernen.
In de brede zin van het woord worden ze fysieke grootheden genoemd die de beweging van een deeltje of systeem bepalen en behouden blijven. Het is echter helemaal niet nodig dat ze tot een discreet spectrum van mogelijke waarden behoren.
