กลศาสตร์ควอนตัมจำนวนมากยังคงไม่เข้าใจ ดูเหมือนจะวิเศษมาก เช่นเดียวกับตัวเลขควอนตัมซึ่งปัจจุบันยังคงลึกลับอยู่ บทความอธิบายแนวคิด ประเภท และหลักการทั่วไปในการทำงานกับพวกเขา
ลักษณะทั่วไป
จำนวนเต็มหรือเลขควอนตัมครึ่งจำนวนเต็มสำหรับปริมาณทางกายภาพ กำหนดค่าที่ไม่ต่อเนื่องที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่อธิบายลักษณะระบบของควอนตัม (โมเลกุล อะตอม นิวเคลียส) และอนุภาคมูลฐาน การประยุกต์ใช้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการดำรงอยู่ของค่าคงที่พลังค์ ความไม่ต่อเนื่องของกระบวนการที่เกิดขึ้นในพิภพเล็กสะท้อนถึงจำนวนควอนตัมและความหมายทางกายภาพของพวกมัน พวกมันถูกนำมาใช้ครั้งแรกเพื่ออธิบายความสม่ำเสมอของสเปกตรัมของอะตอม แต่ความหมายทางกายภาพและความไม่ต่อเนื่องกันของปริมาณแต่ละรายการถูกเปิดเผยในกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น
ชุดซึ่งกำหนดสถานะของระบบนี้อย่างละเอียดถี่ถ้วนเรียกว่าชุดสมบูรณ์ ทุกรัฐรับผิดชอบค่าที่เป็นไปได้จากชุดดังกล่าวเป็นระบบที่สมบูรณ์ของรัฐ ตัวเลขควอนตัมในวิชาเคมีที่มีดีกรีความอิสระของอิเล็กตรอนกำหนดมันในพิกัดเชิงพื้นที่สามพิกัดและระดับความอิสระภายใน -สปิน
การกำหนดค่าอิเล็กตรอนในอะตอม
ในอะตอมมีนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ซึ่งระหว่างแรงของธรรมชาติไฟฟ้าสถิตจะทำหน้าที่ พลังงานจะเพิ่มขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนลดลง เชื่อกันว่าพลังงานศักย์จะเป็นศูนย์หากอยู่ห่างจากนิวเคลียสอย่างไม่สิ้นสุด สถานะนี้ใช้เป็นจุดเริ่มต้น ดังนั้นพลังงานสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนจึงถูกกำหนด
เปลือกอิเล็กตรอนคือชุดของระดับพลังงาน ของหนึ่งในนั้นแสดงโดยหมายเลขควอนตัมหลัก n.
หมายเลขหลัก
มันหมายถึงระดับพลังงานบางอย่างที่มีชุดของออร์บิทัลที่มีค่าใกล้เคียงกัน ซึ่งประกอบด้วยจำนวนธรรมชาติ: n=1, 2, 3, 4, 5… เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากขั้นตอนหนึ่งไปอีกขั้นหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงจำนวนควอนตัมหลัก ควรคำนึงว่าไม่ใช่ทุกระดับจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน เมื่อเติมเปลือกของอะตอม หลักการของพลังงานน้อยที่สุดจะเกิดขึ้น สภาพของเขาในกรณีนี้เรียกว่าไม่ตื่นเต้นหรือธรรมดา
เลขออร์บิทัล
แต่ละชั้นมีออร์บิทัล พวกมันที่มีพลังงานคล้ายคลึงกันก่อตัวเป็นระดับย่อย การมอบหมายดังกล่าวทำโดยใช้การโคจร (หรือที่เรียกว่าด้าน) หมายเลขควอนตัม l ซึ่งรับค่าของจำนวนเต็มจากศูนย์ถึง n - 1 ดังนั้นอิเล็กตรอนที่มีตัวเลขควอนตัมหลักและวงโคจร n และ l สามารถเท่ากันได้ โดยเริ่มต้นด้วย l=0 และลงท้ายด้วย l=n - 1.
นี่แสดงให้เห็นธรรมชาติของการเคลื่อนไหวของตามลำดับระดับย่อยและระดับพลังงาน สำหรับ l=0 และค่าใดๆ ของ n เมฆอิเล็กตรอนจะมีรูปทรงกลม รัศมีของมันจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ n ที่ l=1 เมฆอิเล็กตรอนจะอยู่ในรูปของอนันต์หรือรูปที่แปด ยิ่งค่า l มากเท่าไหร่ รูปร่างก็จะยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น และพลังงานของอิเล็กตรอนก็จะเพิ่มขึ้น
เลขแม่เหล็ก
Ml คือการฉายภาพของโมเมนตัมเชิงมุม (ด้าน) ไปยังทิศทางใดทิศทางหนึ่งของสนามแม่เหล็ก มันแสดงให้เห็นการวางแนวเชิงพื้นที่ของออร์บิทัลเหล่านั้นโดยที่ตัวเลข l เท่ากัน Ml สามารถมีค่าต่างกัน 2l + 1 จาก -l ถึง +l
หมายเลขควอนตัมแม่เหล็กอีกหมายเลขหนึ่งเรียกว่าสปิน - ms ซึ่งเป็นโมเมนต์ที่แท้จริงของโมเมนตัม เพื่อทำความเข้าใจสิ่งนี้ เราสามารถจินตนาการถึงการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมันเอง Ms สามารถเป็น -1/2, +1/2, 1.
โดยทั่วไป สำหรับอิเล็กตรอนใดๆ ค่าสัมบูรณ์ของการหมุน s=1/2 และ ms หมายถึงการฉายลงบนแกน
หลักการของ Pauli: อะตอมไม่สามารถมีอิเล็กตรอนสองตัวที่มีเลขควอนตัมเหมือนกัน 4 ตัว อย่างน้อยต้องมีหนึ่งที่ยอดเยี่ยม
กฎสำหรับการกำหนดอะตอม
- หลักการพลังงานขั้นต่ำ ตามนั้น ระดับและระดับย่อยที่ใกล้กับแกนกลางจะถูกเติมก่อนตามกฎของ Klechkovsky
- ตำแหน่งขององค์ประกอบระบุว่าอิเล็กตรอนถูกกระจายไปตามระดับพลังงานและระดับย่อย:
- ตัวเลขตรงกับประจุของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอม;
- ตัวเลขเป็นระยะสอดคล้องกับจำนวนระดับพลังงาน
- หมายเลขกลุ่มเท่ากับจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอม
- กลุ่มย่อยแสดงการแจกจ่าย
อนุภาคมูลฐานและนิวเคลียส
จำนวนควอนตัมในฟิสิกส์ของอนุภาคมูลฐานเป็นลักษณะภายในที่กำหนดปฏิสัมพันธ์และรูปแบบของการแปลง นอกเหนือจากการหมุนแล้ว นี่คือประจุไฟฟ้า Q ซึ่งสำหรับอนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีค่าเท่ากับศูนย์หรือจำนวนเต็ม ค่าลบหรือค่าบวก ประจุแบริออน B (ในอนุภาค - ศูนย์หรือหนึ่ง, ในปฏิปักษ์ - ศูนย์หรือลบหนึ่ง); ประจุ lepton โดยที่ Le และ Lm มีค่าเท่ากับศูนย์หนึ่งและในปฏิปักษ์ - ศูนย์และลบหนึ่ง ไอโซโทปหมุนด้วยจำนวนเต็มหรือครึ่งจำนวนเต็ม; ความแปลกประหลาด S และอื่น ๆ ตัวเลขควอนตัมเหล่านี้ใช้ได้กับอนุภาคมูลฐานและนิวเคลียสของอะตอม
ในความหมายกว้างๆ ของคำนี้ เรียกว่าปริมาณทางกายภาพที่กำหนดการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือระบบ และได้รับการอนุรักษ์ไว้ อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นเลยที่จะต้องอยู่ในสเปกตรัมของค่าที่เป็นไปได้ที่ไม่ต่อเนื่อง