Palju kvantmehaanikast jääb arusaamatuks, palju tundub fantastiline. Sama kehtib ka kvantarvude kohta, mille olemus on tänapäevalgi müstiline. Artiklis kirjeldatakse kontseptsiooni, tüüpe ja nendega töötamise üldpõhimõtteid.
Üldomadused
Füüsikaliste suuruste täis- või pooltäisarvulised kvantarvud määravad kõik võimalikud diskreetsed väärtused, mis iseloomustavad kvantide (molekul, aatom, tuum) ja elementaarosakeste süsteeme. Nende rakendamine on tihed alt seotud Plancki konstandi olemasoluga. Mikrokosmoses toimuvate protsesside diskreetsus peegeldab kvantarve ja nende füüsilist tähendust. Neid võeti esm alt kasutusele selleks, et kirjeldada aatomi spektrite seaduspärasusi. Kuid üksikute suuruste füüsikaline tähendus ja diskreetsus ilmnes alles kvantmehaanikas.
Komplekti, mis määrab ammendav alt selle süsteemi oleku, nimetati tervikkomplektiks. Kõik sellisest komplektist tulenevate võimalike väärtuste eest vastutavad osariigid moodustavad tervikliku olekute süsteemi. Kvantarvud keemias koos elektroni vabadusastmetega määravad selle kolme ruumilise koordinaadi ja sisemise vabadusastmega -keerutage.
Elektronide konfiguratsioonid aatomites
Aatomis on tuum ja elektronid, mille vahel toimivad elektrostaatilised jõud. Energia suureneb, kui tuuma ja elektroni vaheline kaugus väheneb. Arvatakse, et potentsiaalne energia on null, kui see on tuumast lõpmatult kaugel. Seda olekut kasutatakse lähtepunktina. Seega määratakse elektroni suhteline energia.
Elektronkiht on energiatasemete kogum. Neist ühte kuulumist väljendab peakvantarv n.
Põhinumber
See viitab teatud energiatasemele orbitaalide komplektiga, millel on sarnased väärtused ja mis koosnevad naturaalarvudest: n=1, 2, 3, 4, 5… Kui elektron liigub ühelt astmelt teisele, peamised kvantarvu muutused. Tuleb arvestada, et kõik tasandid ei ole elektronidega täidetud. Aatomi kesta täitmisel realiseerub vähima energia põhimõte. Tema olekut nimetatakse sel juhul erutumatuks või põhiolekuks.
Orbitaalnumbrid
Igal tasemel on orbitaalid. Need, kellel on sarnane energia, moodustavad alamtasandi. Sellise määramise tegemiseks kasutatakse orbitaal- (või, nagu seda nimetatakse ka, külg) kvantarvu l, mis võtab täisarvude väärtused nullist n - 1-ni. Seega elektron, millel on põhi- ja orbitaalkvantarvud n ja l võivad olla võrdsed, alustades l=0 ja lõpetades l=n - 1.
See näitab vastava liikumise olemustalamtase ja energiatase. Kui l=0 ja n mis tahes väärtusega, on elektronipilv sfääri kuju. Selle raadius on võrdeline n-ga. Kui l=1, on elektronipilv lõpmatuse või joonise kaheksa kuju. Mida suurem on l väärtus, seda keerulisemaks kujund muutub ja elektroni energia suureneb.
Magnetilised numbrid
Ml on orbitaal- (külg-) nurkimpulsi projektsioon magnetvälja ühte või teise suunda. See näitab nende orbitaalide ruumilist orientatsiooni, kus arv l on sama. Ml võivad olla erinevad väärtused 2l + 1, alates -l kuni +l.
Teist magnetilist kvantarvu nimetatakse spinniks - ms, mis on impulsi sisemoment. Selle mõistmiseks võib ette kujutada elektroni pöörlemist justkui ümber oma telje. Ms võib olla -1/2, +1/2, 1.
Üldiselt võib iga elektroni korral spinni absoluutväärtus s=1/2 ja ms tähendab selle projektsiooni teljele.
Pauli põhimõte: aatom ei saa sisaldada kahte nelja sarnase kvantarvuga elektroni. Vähem alt üks neist peab olema suurepärane.
Aatomite formuleerimise reegel.
- Minimaalse energia põhimõte. Selle järgi täidetakse esm alt need tasemed ja alamtasandid, mis on tuumale lähemal, vastav alt Klechkovsky reeglitele.
- Elemendi asukoht näitab elektronide jaotumist energiatasemete ja alamtasandite vahel:
- arv ühtib aatomi laengu ja selle elektronide arvuga;
- perioodinumber vastab tasemete arvuleenergia;
- rühma number on sama kui valentselektronide arv aatomis;
- alarühm näitab nende jaotust.
Elementaarosakesed ja tuumad
Kvantarvud elementaarosakeste füüsikas on nende sisemised omadused, mis määravad teisenduste vastastikmõjud ja mustrid. Lisaks spinnile s on see elektrilaeng Q, mis kõigi elementaarosakeste puhul on võrdne nulliga või täisarvuga, negatiivne või positiivne; barüonlaeng B (osakeses - null või üks, antiosakeses - null või miinus üks); leptoni laengud, kus Le ja Lm on võrdsed nulliga, üks ja antiosakeses - null ja miinus üks; isotoopne spin täis- või pooltäisarvuga; veidrus S ja teised. Kõik need kvantarvud kehtivad nii elementaarosakeste kui ka aatomituumade kohta.
Sõna laiemas tähenduses nimetatakse neid füüsikalisteks suurusteks, mis määravad osakese või süsteemi liikumise ja on säilinud. Siiski pole sugugi vajalik, et need kuuluksid võimalike väärtuste diskreetsesse spektrisse.
