Molta part de la mecànica quàntica queda més enllà de la comprensió, sembla fantàstica. El mateix s'aplica als nombres quàntics, la naturalesa dels quals encara avui és misteriosa. L'article descriu el concepte, els tipus i els principis generals per treballar-hi.
Característiques generals
Els nombres quàntics enters o mig enters per a magnituds físiques determinen tots els possibles valors discrets que caracteritzen sistemes de quants (molècula, àtom, nucli) i partícules elementals. La seva aplicació està estretament relacionada amb l'existència de la constant de Planck. La discreció dels processos que ocorren al microcosmos reflecteix els nombres quàntics i el seu significat físic. Es van introduir per primera vegada per tal de descriure les regularitats dels espectres de l'àtom. Però el significat físic i la discreció de les magnituds individuals només es van revelar en la mecànica quàntica.
El conjunt, que determina de manera exhaustiva l'estat d'aquest sistema, es va anomenar conjunt complet. Tots els estats responsables dels possibles valors d'aquest conjunt formen un sistema complet d'estats. Els nombres quàntics en química amb els graus de llibertat d'un electró el defineixen en tres coordenades espacials i un grau de llibertat intern -gir.
Configuracions d'electrons en àtoms
En un àtom hi ha un nucli i electrons, entre els quals actuen les forces de naturalesa electrostàtica. L'energia augmentarà a mesura que disminueix la distància entre el nucli i l'electró. Es creu que l'energia potencial serà zero si està infinitament lluny del nucli. Aquest estat s'utilitza com a punt de partida. Així, es determina l'energia relativa de l'electró.
La capa d'electrons és un conjunt de nivells d'energia. Pertànyer a un d'ells s'expressa amb el nombre quàntic principal n.
Número principal
Fa referència a un determinat nivell d'energia amb un conjunt d'orbitals que tenen valors semblants, formats per nombres naturals: n=1, 2, 3, 4, 5… Quan un electró es mou d'un pas a un altre, el canvis principals del nombre quàntic. Cal tenir en compte que no tots els nivells estan plens d'electrons. Quan s'omple la capa d'un àtom, es realitza el principi de menor energia. El seu estat en aquest cas s'anomena no excitat o bàsic.
Números orbitals
Cada nivell té orbitals. Aquells d'ells amb una energia similar formen un subnivell. Aquesta assignació es fa utilitzant el nombre quàntic orbital (o, com també s'anomena, lateral) l, que pren els valors dels nombres enters de zero a n - 1. Per tant, un electró que té els nombres quàntics principal i orbital n i l poden ser iguals, començant per l=0 i acabant amb l=n - 1.
Això mostra la naturalesa del moviment dels respectiussubnivell i nivell d'energia. Per a l=0 i qualsevol valor de n, el núvol d'electrons tindrà la forma d'una esfera. El seu radi serà directament proporcional a n. A l=1, el núvol d'electrons adoptarà la forma d'infinit o figura de vuit. Com més gran sigui el valor de l, més complexa serà la forma i augmentarà l'energia de l'electró.
Nombres magnètics
Ml és la projecció del moment angular orbital (lateral) en una o altra direcció del camp magnètic. Mostra l'orientació espacial d'aquells orbitals en què el nombre l és el mateix. Ml pot tenir diferents valors 2l + 1, de -l a +l.
Un altre nombre quàntic magnètic s'anomena spin - ms, que és el moment intrínsec de l'impuls. Per entendre-ho, es pot imaginar la rotació d'un electró, per dir-ho, al voltant del seu propi eix. Ms pot ser -1/2, +1/2, 1.
En general, per a qualsevol electró, el valor absolut de l'espín s=1/2, i ms significa la seva projecció sobre l'eix.
Principi de Pauli: un àtom no pot contenir dos electrons amb 4 nombres quàntics semblants. Almenys un d'ells ha de ser excel·lent.
La regla per formular àtoms.
- Principi d'energia mínima. Segons ell, primer s'omplen els nivells i subnivells que estan més a prop del nucli, segons les regles de Klechkovsky.
- La posició de l'element indica com es distribueixen els electrons en els nivells i subnivells d'energia:
- el nombre coincideix amb la càrrega de l'àtom i el nombre dels seus electrons;
- número periòdic correspon al nombre de nivellsenergia;
- el nombre de grup és el mateix que el nombre d'electrons de valència de l'àtom;
- subgrup mostra la seva distribució.
Partícules i nuclis elementals
Els nombres quàntics en la física de les partícules elementals són les seves característiques internes que determinen les interaccions i els patrons de transformacions. A més de l'espin s, aquesta és la càrrega elèctrica Q, que per a totes les partícules elementals és igual a zero o un nombre enter, negativa o positiva; càrrega barió B (en una partícula - zero o un, en una antipartícula - zero o menys un); càrregues de leptons, on Le i Lm són iguals a zero, un, i a l'antipartícula - zero i menys un; espín isotòpic amb nombre enter o mig enter; estranyesa S i altres. Tots aquests nombres quàntics s'apliquen tant a partícules elementals com a nuclis atòmics.
En el sentit ampli de la paraula, s'anomenen magnituds físiques que determinen el moviment d'una partícula o sistema i es conserven. Tanmateix, no és gens necessari que pertanyin a un espectre discret de valors possibles.
