Πολλά στην κβαντομηχανική παραμένουν ακατανόητα, πολλά φαίνονται φανταστικά. Το ίδιο ισχύει και για τους κβαντικούς αριθμούς, η φύση των οποίων εξακολουθεί να είναι μυστηριώδης σήμερα. Το άρθρο περιγράφει την έννοια, τους τύπους και τις γενικές αρχές της εργασίας μαζί τους.
Γενικά χαρακτηριστικά
Ακέραιοι ή ημιακέραιοι κβαντικοί αριθμοί για φυσικά μεγέθη καθορίζουν όλες τις πιθανές διακριτές τιμές που χαρακτηρίζουν συστήματα κβαντικών (μόριο, άτομο, πυρήνας) και στοιχειωδών σωματιδίων. Η εφαρμογή τους σχετίζεται στενά με την ύπαρξη της σταθεράς του Planck. Η διακριτικότητα των διεργασιών που συμβαίνουν στον μικρόκοσμο αντανακλά τους κβαντικούς αριθμούς και τη φυσική τους σημασία. Εισήχθησαν για πρώτη φορά για να περιγράψουν τις κανονικότητες των φασμάτων του ατόμου. Αλλά το φυσικό νόημα και η διακριτικότητα των μεμονωμένων μεγεθών αποκαλύφθηκαν μόνο στην κβαντική μηχανική.
Το σύνολο, το οποίο καθορίζει εξαντλητικά την κατάσταση αυτού του συστήματος, ονομάστηκε πλήρες σύνολο. Όλες οι πολιτείες που είναι υπεύθυνες για πιθανές τιμές από ένα τέτοιο σύνολο σχηματίζουν ένα πλήρες σύστημα καταστάσεων. Οι κβαντικοί αριθμοί στη χημεία με τους βαθμούς ελευθερίας ενός ηλεκτρονίου το ορίζουν σε τρεις χωρικές συντεταγμένες και έναν εσωτερικό βαθμό ελευθερίας -περιστροφή.
Διαμορφώσεις ηλεκτρονίων σε άτομα
Σε ένα άτομο υπάρχει ένας πυρήνας και τα ηλεκτρόνια, μεταξύ των οποίων δρουν οι δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης. Η ενέργεια θα αυξηθεί όσο μειώνεται η απόσταση μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου. Πιστεύεται ότι η δυναμική ενέργεια θα είναι μηδενική εάν είναι απείρως μακριά από τον πυρήνα. Αυτή η κατάσταση χρησιμοποιείται ως σημείο εκκίνησης. Έτσι, προσδιορίζεται η σχετική ενέργεια του ηλεκτρονίου.
Το ηλεκτρονιακό κέλυφος είναι ένα σύνολο ενεργειακών επιπέδων. Το ότι ανήκει σε ένα από αυτά εκφράζεται με τον κύριο κβαντικό αριθμό n.
Κύριος αριθμός
Αναφέρεται σε ένα ορισμένο ενεργειακό επίπεδο με ένα σύνολο τροχιακών που έχουν παρόμοιες τιμές, που αποτελείται από φυσικούς αριθμούς: n=1, 2, 3, 4, 5… Όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από το ένα βήμα στο άλλο, το κύριες αλλαγές κβαντικών αριθμών. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι δεν γεμίζουν όλα τα επίπεδα με ηλεκτρόνια. Όταν γεμίζουμε το κέλυφος ενός ατόμου, πραγματοποιείται η αρχή της ελάχιστης ενέργειας. Η κατάστασή του σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται μη διεγερμένη ή βασική.
Τροχικοί αριθμοί
Κάθε επίπεδο έχει τροχιακά. Αυτοί από αυτούς με παρόμοια ενέργεια σχηματίζουν ένα υποεπίπεδο. Μια τέτοια εκχώρηση γίνεται χρησιμοποιώντας τον τροχιακό (ή, όπως ονομάζεται επίσης, πλευρικό) κβαντικό αριθμό l, ο οποίος παίρνει τις τιμές των ακεραίων από το μηδέν έως το n - 1. Άρα ένα ηλεκτρόνιο που έχει τον κύριο και τον τροχιακό κβαντικό αριθμό Τα n και l μπορούν να είναι ίσα, ξεκινώντας με l=0 και τελειώνοντας με l=n - 1.
Αυτό δείχνει τη φύση της κίνησης του αντίστοιχουυποεπίπεδο και επίπεδο ενέργειας. Για l=0 και οποιαδήποτε τιμή του n, το νέφος ηλεκτρονίων θα έχει σχήμα σφαίρας. Η ακτίνα του θα είναι ευθέως ανάλογη του n. Στο l=1, το νέφος ηλεκτρονίων θα πάρει τη μορφή του απείρου ή του σχήματος οκτώ. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του l, τόσο πιο πολύπλοκο θα γίνεται το σχήμα και η ενέργεια του ηλεκτρονίου θα αυξάνεται.
Μαγνητικοί αριθμοί
Ml είναι η προβολή της τροχιακής (πλευρικής) γωνιακής ορμής στη μία ή την άλλη κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Δείχνει τον χωρικό προσανατολισμό εκείνων των τροχιακών στα οποία ο αριθμός l είναι ο ίδιος. Το Ml μπορεί να έχει διαφορετικές τιμές 2l + 1, από -l έως +l.
Ένας άλλος μαγνητικός κβαντικός αριθμός ονομάζεται spin - ms, που είναι η εγγενής ροπή της ορμής. Για να γίνει κατανοητό αυτό, μπορεί κανείς να φανταστεί την περιστροφή ενός ηλεκτρονίου, σαν να λέγαμε, γύρω από τον άξονά του. Το Ms μπορεί να είναι -1/2, +1/2, 1.
Γενικά, για οποιοδήποτε ηλεκτρόνιο, η απόλυτη τιμή του σπιν s=1/2, και το ms σημαίνει την προβολή του στον άξονα.
Αρχή του Pauli: ένα άτομο δεν μπορεί να περιέχει δύο ηλεκτρόνια με 4 παρόμοιους κβαντικούς αριθμούς. Τουλάχιστον ένα από αυτά πρέπει να είναι εξαιρετικό.
Ο κανόνας για τη διαμόρφωση των ατόμων.
- Αρχή της ελάχιστης ενέργειας. Σύμφωνα με αυτό, πρώτα συμπληρώνονται τα επίπεδα και τα υποεπίπεδα που είναι πιο κοντά στον πυρήνα, σύμφωνα με τους κανόνες του Klechkovsky.
- Η θέση του στοιχείου υποδεικνύει πώς κατανέμονται τα ηλεκτρόνια σε ενεργειακά επίπεδα και υποεπίπεδα:
- ο αριθμός ταιριάζει με το φορτίο του ατόμου και τον αριθμό των ηλεκτρονίων του;
- περιοδικός αριθμός αντιστοιχεί στον αριθμό των επιπέδωνενέργεια;
- ο αριθμός ομάδας είναι ίδιος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους στο άτομο;
- υποομάδα δείχνει την κατανομή τους.
Ο
Η
Στοιχειώδη σωματίδια και πυρήνες
Οι κβαντικοί αριθμοί στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είναι τα εσωτερικά τους χαρακτηριστικά που καθορίζουν τις αλληλεπιδράσεις και τα μοτίβα των μετασχηματισμών. Εκτός από το spin s, αυτό είναι το ηλεκτρικό φορτίο Q, το οποίο για όλα τα στοιχειώδη σωματίδια είναι ίσο με μηδέν ή ακέραιος, αρνητικός ή θετικός. φορτίο βαρυονίου Β (σε ένα σωματίδιο - μηδέν ή ένα, σε ένα αντισωματίδιο - μηδέν ή μείον ένα). φορτία λεπτονίων, όπου Le και Lm είναι ίσα με μηδέν, ένα και στο αντισωματίδιο - μηδέν και μείον ένα. ισοτοπική περιστροφή με ακέραιο ή μισό ακέραιο αριθμό. παραξενιά Σ και άλλα. Όλοι αυτοί οι κβαντικοί αριθμοί ισχύουν τόσο για στοιχειώδη σωματίδια όσο και για ατομικούς πυρήνες.
Με την ευρεία έννοια της λέξης, ονομάζονται φυσικά μεγέθη που καθορίζουν την κίνηση ενός σωματιδίου ή συστήματος και διατηρούνται. Ωστόσο, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να ανήκουν σε ένα διακριτό φάσμα πιθανών τιμών.
