Numerele cuantice și semnificația lor fizică

O mare parte din mecanica cuantică rămâne dincolo de limitele înțelegerii, mulți par fantastici. Același lucru este valabil și pentru numerele cuantice, a căror natură este încă misterioasă astăzi. Articolul descrie conceptul, tipurile și principiile generale de lucru cu ele.

Caracteristici generale

numere întregi sau pe jumătate întregi cuantice în cantitățile fizice determinate la fiecare posibile valori discrete ce caracterizează sistemul cuantic (moleculă, atom, miez) și particulele elementare. Aplicarea lor este strâns legată de existența constantei lui Planck. Discreența, care curge în microcosmosul proceselor, reflectă numerele cuantice și semnificația lor fizică. Acestea au fost introduse pentru prima dată pentru a descrie regularitățile spectrelor atomice. Însă semnificația fizică și discretitatea cantităților individuale au fost dezvăluite numai în mecanica cuantică.
Un set care determină starea exhaustivă a acestui sistem este numit unul complet. Toate statele responsabile pentru posibilele valori dintr-un astfel de set formează un sistem complet de stări. Numerele cuantice din chimie cu grade de libertate a unui electron o determină în trei coordonate spațiale și gradul intern de libertate - spin.

Configurările electronilor și atomilor

Nucleul și electronii sunt localizați în atom, între care acționează forțele de natură electrostatică. Energia va crește pe măsură ce distanța dintre nucleu și electron scade. Se crede că energie potențială va fi egal cu zero în cazul în care este eliminat din nucleu pe termen nedefinit. Această stare este folosită ca origine. Astfel, energia relativă a electronului este determinată.

Carcasa electronică este un set de nivelurile de energie. Afilierea la unul dintre ele este exprimată prin numărul principal quantum n.

Numărul principal

Se referă la un anumit nivel de energie cu un set de orbite, în care valori similare, compuse din din numere naturale: n = 1, 2, 3, 4, 5hellip - Când electronul trece de la o etapă la alta, se schimbă principalul număr cuantum. Trebuie avut în vedere că nu toate nivelurile sunt umplute cu electroni. Când se umple carapacea atomică, se realizează principiul celei mai puțină energie. Starea lui în acest caz este numită neașteptată sau de bază.

Numere orbitale

În fiecare nivel există orbite. Aceia dintre aceștia cu energie similară formează o suprafață inferioară. Această sarcină este realizată de orbital (sau cum este numit - produs secundar) numarul l cuantic, care ia valorile întregi de la zero la n - 1. Deoarece electronul având principalul și numărul orbitală cuantic n, și l, pot fi de l = 0 și se termină cu l = n - 1.

Aceasta indică natura mișcării nivelului corespunzător de subsol și de energie. Pentru l = 0 și orice valoare de n, norul de electroni va avea forma unei sfere. Raza sa va fi direct proporțională cu n. Pentru l = 1, norul de electroni ia forma infinitului sau opt. Cu cât valoarea l este mai mare, forma devine mai complexă, iar energia electronului crește.

Numerele magnetice

Ml este proiecția orbitalului (produs secundar) un moment unghiular pe o direcție sau pe altă direcție a câmpului magnetic. Acesta arată orientarea spațială a acestor orbite pentru care numărul l este același. Ml poate avea valori diferite de 2 1 + 1, de la -l la + l.
Un alt număr magnetic cuantic se numește spin-ms, care este valoarea proprie a numărului de mișcare. Pentru a înțelege acest lucru, se poate imagina rotația unui electron ca în jurul axei proprii. Ds poate fi egală cu -1/2, +1/2, 1.
În general, pentru orice electron, valoarea absolută a rotației este s = 1/2, iar ms înseamnă proiecția față de axă.

Principiul Pauli: în atom nu pot exista doi electroni cu patru numere cuantice analoage. Cel puțin unul dintre ei ar trebui să fie excelent.
Regula pentru compunerea formulelor atomice.

1. Principiul energiei minime. Mai întâi a umplut nivelele și subsolurile, care se află mai aproape de miez, conform regulilor lui Klechkovski.
2. Poziția elementului indică modul în care electronii sunt distribuiți pe nivelurile de energie și subsoluri:

• numărul coincide cu sarcina atomului și numărul de electroni ai acestuia;
• Numărul periodic corespunde numărului de niveluri de energie;
• numărul grupului este același cu numărul electroni de valență în atom;
• subgrupa prezintă distribuția acestora.

Elemente particulare și nuclee

Numerele cuantice în fizică particule elementare sunt caracteristicile lor interne, care determină interacțiunile și modelele transformărilor. In afara de spin s, această sarcină Q electrică, care toate particulele elementare este zero sau un număr întreg sau un negativ polozhitelnomu- baryon B (într-o particulă - un zero sau una în antiparticula - zero sau minus unu) - taxele leptonic unde Le și lm la zero, unitate, și în antiparticula - zero și minus edinitse- de spin izotopic cu număr întreg sau jumătate chislom- stranietate S și altele. Toate aceste numere cuantice se aplică atît particulelor elementare, cît și nucleelor ​​atomice.
În sensul cel mai larg al cuvântului, ele se numesc cantități fizice, care determină mișcarea unei particule sau a unui sistem și care persistă. Cu toate acestea, nu este deloc necesar ca acestea să aparțină spectrului discret al tuturor valorilor posibile.