הרבה במכניקת הקוונטים נותר מעבר להבנה, הרבה נראה פנטסטי. כך גם לגבי מספרים קוונטיים, שטבעם מסתורי עד היום. המאמר מתאר את הרעיון, הסוגים והעקרונות הכלליים של העבודה איתם.
מאפיינים כלליים
מספרים קוונטיים שלמים או חצי שלם עבור כמויות פיזיקליות קובעים את כל הערכים הבדידים האפשריים המאפיינים מערכות של קוונטות (מולקולה, אטום, גרעין) וחלקיקים יסודיים. היישום שלהם קשור קשר הדוק לקיומו של הקבוע של פלאנק. הדיסקרטיות של תהליכים המתרחשים במיקרוקוסמוס משקפת מספרים קוונטיים ומשמעותם הפיזית. הם הוצגו לראשונה על מנת לתאר את הסדירות של הספקטרום של האטום. אבל המשמעות הפיזית והדיסקרטיות של כמויות בודדות התגלו רק במכניקת הקוונטים.
הקבוצה, שקובעת באופן ממצה את מצב המערכת הזו, נקראה הסט השלם. כל המדינות האחראיות לערכים אפשריים מקבוצה כזו יוצרות מערכת שלמה של מדינות. מספרים קוונטיים בכימיה עם דרגות החופש של אלקטרון מגדירים אותו בשלוש קואורדינטות מרחביות ודרגת חופש פנימית -ספין.
תצורות אלקטרונים באטומים
באטום יש גרעין ואלקטרונים, שביניהם פועלים כוחות בעלי אופי אלקטרוסטטי. האנרגיה תגדל ככל שהמרחק בין הגרעין לאלקטרון יורד. מאמינים שהאנרגיה הפוטנציאלית תהיה אפס אם היא רחוקה לאין שיעור מהגרעין. מצב זה משמש כנקודת ההתחלה. לפיכך, האנרגיה היחסית של האלקטרון נקבעת.
קליפת האלקטרונים היא קבוצה של רמות אנרגיה. השתייכות לאחד מהם מתבטאת במספר הקוונטי הראשי n.
מספר ראשי
הכוונה לרמת אנרגיה מסוימת עם קבוצה של אורביטלים בעלי ערכים דומים, המורכבת ממספרים טבעיים: n=1, 2, 3, 4, 5… כאשר אלקטרון נע ממדרגה אחת לאחרת, שינויים עיקריים במספר קוונטי. יש לקחת בחשבון שלא כל הרמות מלאות באלקטרונים. כאשר ממלאים את המעטפת של אטום, מתממש העיקרון של מינימום אנרגיה. המצב שלו במקרה הזה נקרא לא נרגש או בסיסי.
מספרי מסלול
לכל רמה יש אורביטלים. אלה מהם עם אנרגיה דומה יוצרים תת-רמה. הקצאה כזו מתבצעת באמצעות המספר הקוונטי המסלולי (או, כפי שהוא נקרא גם, צד) l, אשר מקבל ערכי מספרים שלמים מאפס עד n - 1. אז אלקטרון שיש לו את המספרים הקוונטיים הראשיים והאורביטליים n ו-l יכולים להיות שווים, מתחילים ב-l=0 ומסתיימים ב-l=n - 1.
זה מראה את אופי התנועה של המתאיםתת-רמה ורמת אנרגיה. עבור l=0 וכל ערך של n, לענן האלקטרונים תהיה צורה של כדור. הרדיוס שלו יהיה ביחס ישר ל-n. ב-l=1, ענן האלקטרונים יקבל צורה של אינסוף או דמות שמונה. ככל שהערך של l גדול יותר, הצורה תהפוך מורכבת יותר, והאנרגיה של האלקטרון תגדל.
מספרים מגנטיים
Ml היא ההשלכה של התנע הזוויתי המסלולי (הצדדי) על כיוון זה או אחר של השדה המגנטי. הוא מראה את הכיוון המרחבי של אותם אורביטלים שבהם המספר l זהה. ל-Ml יכולים להיות ערכים שונים של 2l + 1, מ-l עד +l.
מספר קוונטי מגנטי אחר נקרא ספין - ms, שהוא המומנט הפנימי של התנע. כדי להבין זאת, אפשר לדמיין את סיבובו של אלקטרון, כביכול, סביב הציר שלו. Ms יכולה להיות -1/2, +1/2, 1.
באופן כללי, עבור כל אלקטרון, הערך המוחלט של הספין s=1/2, ו-ms פירושו ההשלכה שלו על הציר.
עקרון פאולי: אטום אינו יכול להכיל שני אלקטרונים עם 4 מספרים קוונטיים דומים. לפחות אחד מהם חייב להיות מצוין.
הכלל לניסוח אטומים.
- עקרון של מינימום אנרגיה. על פיו ממלאים תחילה את הרמות ותתי הרמות הקרובות יותר לליבה, לפי כללי קלצ'קובסקי.
- מיקום היסוד מציין כיצד האלקטרונים מפוזרים על פני רמות אנרגיה ותת-רמות:
- המספר תואם את מטען האטום ומספר האלקטרונים שלו;
- מספר תקופתי מתאים למספר הרמותאנרגיה;
- מספר הקבוצה זהה למספר האלקטרונים הערכיים באטום;
- subgroup מציג את התפוצה שלהם.
חלקיקים וגרעינים אלמנטריים
מספרים קוונטיים בפיסיקה של חלקיקים יסודיים הם המאפיינים הפנימיים שלהם שקובעים את האינטראקציות והדפוסים של טרנספורמציות. בנוסף לספין s, זהו המטען החשמלי Q, אשר עבור כל החלקיקים היסודיים שווה לאפס או למספר שלם, שלילי או חיובי; מטען בריון B (בחלקיק - אפס או אחד, באנטי-חלקיק - אפס או מינוס אחד); מטענים לפטון, כאשר Le ו-Lm שווים לאפס, אחד, ובאנטי-חלקיק - אפס ומינוס אחד; ספין איזוטופי עם מספר שלם או חצי שלם; מוזרות S ואחרים. כל המספרים הקוונטיים הללו חלים הן על חלקיקים אלמנטריים והן על גרעיני אטום.
במובן הרחב של המילה, הם נקראים כמויות פיזיקליות שקובעות את התנועה של חלקיק או מערכת והן נשמרות. עם זאת, אין צורך כלל שהם שייכים לספקטרום נפרד של ערכים אפשריים.
