Kvant mexanikasida ko'p narsa tushunib bo'lmaydigan darajada qolmoqda, ko'p narsa fantastik ko'rinadi. Xuddi shu narsa tabiati bugungi kungacha sirli bo'lgan kvant raqamlariga ham tegishli. Maqolada ular bilan ishlash tushunchasi, turlari va umumiy tamoyillari bayon etilgan.
Umumiy xususiyatlar
Jismoniy miqdorlar uchun butun yoki yarim butun sonli kvant raqamlari kvantlar (molekula, atom, yadro) va elementar zarralar tizimlarini tavsiflovchi barcha mumkin bo'lgan diskret qiymatlarni aniqlaydi. Ularning qo'llanilishi Plank doimiysining mavjudligi bilan chambarchas bog'liq. Mikrokosmosda sodir bo'ladigan jarayonlarning diskretligi kvant sonlari va ularning jismoniy ma'nosini aks ettiradi. Ular birinchi marta atom spektrlarining qonuniyatlarini tasvirlash uchun kiritilgan. Lekin individual kattaliklarning fizik ma'nosi va diskretligi faqat kvant mexanikasida ochib berilgan.
Ushbu tizimning holatini to'liq aniqlaydigan to'plam to'liq to'plam deb atalgan. Bunday to'plamdan mumkin bo'lgan qiymatlar uchun javobgar bo'lgan barcha davlatlar to'liq davlatlar tizimini tashkil qiladi. Elektron erkinlik darajalari bilan kimyodagi kvant raqamlari uni uchta fazoviy koordinatada va ichki erkinlik darajasida aniqlaydi -aylantirish.
Atomlardagi elektron konfiguratsiyalar
Atomda yadro va elektronlar mavjud bo'lib, ular orasida elektrostatik tabiat kuchlari harakat qiladi. Yadro va elektron orasidagi masofa kamayishi bilan energiya ortadi. Agar yadrodan cheksiz uzoqda bo'lsa, potentsial energiya nolga teng bo'ladi, deb ishoniladi. Bu holat boshlang'ich nuqtasi sifatida ishlatiladi. Shunday qilib, elektronning nisbiy energiyasi aniqlanadi.
Elektron qobiq energiya darajalari to'plamidir. Ulardan biriga tegishlilik asosiy kvant soni n bilan ifodalanadi.
Asosiy raqam
Bu natural sonlardan iborat oʻxshash qiymatlarga ega boʻlgan orbitallar toʻplamiga ega maʼlum energiya darajasiga ishora qiladi: n=1, 2, 3, 4, 5… Elektron bir qadamdan ikkinchisiga oʻtganda, asosiy kvant soni o'zgaradi. Shuni hisobga olish kerakki, barcha darajalar elektronlar bilan to'ldirilmagan. Atomning qobig'ini to'ldirishda eng kam energiya printsipi amalga oshiriladi. Bu holatda uning holati hayajonsiz yoki asosiy deyiladi.
Orbital raqamlar
Har bir darajadagi orbitallar mavjud. Ulardan o'xshash energiyaga ega bo'lganlar pastki darajani tashkil qiladi. Bunday tayinlash noldan n - 1 gacha bo'lgan butun sonlarning qiymatlarini qabul qiladigan orbital (yoki uni yon tomondan) kvant raqami yordamida amalga oshiriladi - 1. Shunday qilib, asosiy va orbital kvant raqamlariga ega bo'lgan elektron n va l teng bo'lishi mumkin, l=0 bilan boshlanib, l=n bilan tugaydi - 1.
Bu tegishli harakatning tabiatini ko'rsatadipastki daraja va energiya darajasi. l=0 va n ning istalgan qiymati uchun elektron bulut sfera shakliga ega bo'ladi. Uning radiusi n ga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi. l=1 da elektron bulut cheksizlik yoki sakkizinchi shaklni oladi. l qiymati qanchalik katta bo'lsa, shakl shunchalik murakkablashadi va elektronning energiyasi ortadi.
Magnit raqamlar
Ml - orbital (yon) burchak momentining magnit maydonning u yoki bu yo'nalishiga proyeksiyasi. U l soni bir xil bo'lgan orbitallarning fazoviy yo'nalishini ko'rsatadi. Ml turli qiymatlarga ega bo'lishi mumkin 2l + 1, -l dan +l gacha.
Boshqa magnit kvant soni spin - ms deb ataladi, bu impulsning ichki momentidir. Buni tushunish uchun elektronning o'z o'qi atrofida aylanishini tasavvur qilish mumkin. Ms -1/2, +1/2, 1 bo'lishi mumkin.
Umuman olganda, har qanday elektron uchun spinning mutlaq qiymati s=1/2, ms esa uning o'qga proyeksiyasini bildiradi.
Pauli printsipi: atomda 4 ta o'xshash kvant soniga ega ikkita elektron bo'lishi mumkin emas. Ulardan kamida bittasi zo'r bo'lishi kerak.
Atomlarni shakllantirish qoidasi.
- Minimal energiya printsipi. Unga ko'ra, yadroga yaqinroq bo'lgan darajalar va pastki darajalar birinchi navbatda Klechkovskiy qoidalariga muvofiq to'ldiriladi.
- Elementning joylashuvi elektronlar energiya darajalari va quyi darajalar boʻyicha qanday taqsimlanganligini koʻrsatadi:
- raqam atomning zaryadiga va uning elektronlari soniga mos keladi;
- davriy raqam darajalar soniga mos keladienergiya;
- guruh raqami atomdagi valent elektronlar soni bilan bir xil;
- kichik guruh ularning taqsimotini koʻrsatadi.
Elementar zarralar va yadrolar
Elementar zarralar fizikasidagi kvant sonlari ularning oʻzaro taʼsiri va oʻzgarishlar qonuniyatlarini aniqlaydigan ichki xarakteristikalaridir. Spin s dan tashqari, bu barcha elementar zarralar uchun nolga teng yoki butun, manfiy yoki musbat bo'lgan Q elektr zaryadidir; barion zaryadi B (zarrachada - nol yoki bitta, antizarrada - nol yoki minus bir); lepton zaryadlari, bu erda Le va Lm nolga teng, bir, antizarrada esa - nol va minus bir; butun yoki yarim butun sonli izotopik spin; g'alati S va boshqalar. Bu kvant sonlarining barchasi elementar zarrachalarga ham, atom yadrolariga ham tegishli.
Soʻzning keng maʼnosida ular zarracha yoki sistemaning harakatini aniqlaydigan va saqlanib qoladigan fizik miqdorlar deb ataladi. Biroq, ular mumkin bo'lgan qiymatlarning diskret spektriga tegishli bo'lishi shart emas.
