Molto nella meccanica quantistica rimane oltre la comprensione, molto sembra fantastico. Lo stesso vale per i numeri quantici, la cui natura è ancora oggi misteriosa. L'articolo descrive il concetto, i tipi e i principi generali per lavorare con loro.
Caratteristiche generali
Numeri quantici interi o semi-interi per quantità fisiche determinano tutti i possibili valori discreti che caratterizzano i sistemi di quanti (molecola, atomo, nucleo) e particelle elementari. La loro applicazione è strettamente correlata all'esistenza della costante di Planck. La discrezione dei processi che si verificano nel microcosmo riflette i numeri quantici e il loro significato fisico. Furono introdotti per la prima volta per descrivere le regolarità degli spettri dell'atomo. Ma il significato fisico e la discrezione delle singole quantità furono rivelati solo nella meccanica quantistica.
L'insieme, che determina in modo esaustivo lo stato di questo sistema, era chiamato insieme completo. Tutti gli stati responsabili dei possibili valori da un tale insieme formano un sistema completo di stati. I numeri quantici in chimica con i gradi di libertà di un elettrone lo definiscono in tre coordinate spaziali e un grado di libertà interno -giro.
Configurazioni elettroniche in atomi
In un atomo ci sono un nucleo e degli elettroni, tra i quali agiscono le forze di natura elettrostatica. L'energia aumenterà al diminuire della distanza tra il nucleo e l'elettrone. Si ritiene che l'energia potenziale sarà zero se è infinitamente lontana dal nucleo. Questo stato viene utilizzato come punto di partenza. Pertanto, viene determinata l'energia relativa dell'elettrone.
Il guscio di elettroni è un insieme di livelli di energia. L'appartenenza a uno di essi è espressa dal numero quantico principale n.
Numero principale
Si riferisce ad un certo livello di energia con un insieme di orbitali che hanno valori simili, costituiti da numeri naturali: n=1, 2, 3, 4, 5… Quando un elettrone si sposta da un gradino all' altro, il principali variazioni del numero quantico. Va tenuto presente che non tutti i livelli sono pieni di elettroni. Quando si riempie il guscio di un atomo, si realizza il principio della minima energia. Il suo stato in questo caso è chiamato non eccitato o di base.
Numeri orbitali
Ogni livello ha orbitali. Quelli di loro con energia simile formano un sottolivello. Tale assegnazione viene effettuata utilizzando il numero quantico orbitale (o, come viene anche chiamato, laterale) l, che assume i valori degli interi da zero a n - 1. Quindi un elettrone che ha i numeri quantici principali e orbitali n e l possono essere uguali, iniziando con l=0 e terminando con l=n - 1.
Questo mostra la natura del movimento del rispettivosottolivello e livello energetico. Per l=0 e qualsiasi valore di n, la nuvola di elettroni avrà la forma di una sfera. Il suo raggio sarà direttamente proporzionale a n. A l=1, la nuvola di elettroni assumerà la forma dell'infinito o della figura otto. Maggiore è il valore di l, più complessa diventerà la forma e l'energia dell'elettrone aumenterà.
Numeri magnetici
Ml è la proiezione del momento angolare orbitale (laterale) nell'una o nell' altra direzione del campo magnetico. Mostra l'orientamento spaziale di quegli orbitali in cui il numero l è lo stesso. Ml può avere valori diversi 2l + 1, da -l a +l.
Un altro numero quantico magnetico è chiamato spin -ms, che è il momento intrinseco della quantità di moto. Per capirlo, si può immaginare la rotazione di un elettrone, per così dire, attorno al proprio asse. Ms può essere -1/2, +1/2, 1.
In generale, per ogni elettrone, il valore assoluto dello spin s=1/2, e ms indica la sua proiezione sull'asse.
Principio di Pauli: un atomo non può contenere due elettroni con 4 numeri quantici simili. Almeno uno di questi deve essere eccellente.
La regola per formulare gli atomi.
- Principio dell'energia minima. In base ad esso, i livelli e i sottolivelli più vicini al nucleo vengono prima riempiti, secondo le regole di Klechkovsky.
- La posizione dell'elemento indica come gli elettroni sono distribuiti sui livelli e sottolivelli di energia:
- il numero corrisponde alla carica dell'atomo e al numero dei suoi elettroni;
- numero periodico corrisponde al numero di livellienergia;
- il numero del gruppo è uguale al numero di elettroni di valenza nell'atomo;
- sottogruppo mostra la loro distribuzione.
Particelle e nuclei elementari
I numeri quantici nella fisica delle particelle elementari sono le loro caratteristiche interne che determinano le interazioni e gli schemi di trasformazione. Questa è, oltre allo spin s, la carica elettrica Q, che per tutte le particelle elementari è uguale a zero oa un intero, negativo o positivo; carica barionica B (in una particella - zero o uno, in un'antiparticella - zero o meno uno); cariche di leptoni, dove Le e Lm sono uguali a zero, uno e nell'antiparticella - zero e meno uno; spin isotopico con numero intero o mezzo intero; stranezza S e altri. Tutti questi numeri quantici si applicano sia alle particelle elementari che ai nuclei atomici.
Nel senso ampio del termine, sono chiamati quantità fisiche che determinano il movimento di una particella o di un sistema e sono conservate. Tuttavia, non è affatto necessario che appartengano a uno spettro discreto di valori possibili.
