Sisu
Kvantarvud on väärtused, mis kirjeldavad aatomi elektroni energiat või energeetilist olekut. Need numbrid tähistavad elektronide spinni, energiat, magnetmomenti ja nursimomenti. Purdue ülikooli andmetel pärinevad kvantarvud Bohri mudelist, Schrödingeri Hw = Ew laine võrrandist, Hundi reeglitest ja Hund-Mullikeni orbitaalteooriast. Aatomis elektrone kirjeldavate kvantarvude mõistmiseks on kasulik olla kursis seotud füüsika ja keemia terminite ja põhimõtetega.
Põhikvantarv
Elektronid keerlevad aatomikoodades, mida nimetatakse orbitaalideks. N-ga iseloomustatud põhikvantarv identifitseerib aatomi tuuma ja elektroni vahelise kauguse, orbitaali suuruse ja asimuutilise nurgamomendi, mis on teine kvantarv, mida tähistab "ℓ". Peamine kvantarv kirjeldab ka orbitaali energiat, kuna elektronid on pidevas liikumisseisundis, neil on vastupidised laengud ja need on tuumaga seotud. Orbitaalid, kus n = 1, on aatomi tuumale lähemal kui need, kus n = 2 või suurem arv. Kui n = 1, on elektron alusseisundis. Kui n = 2, on orbitaalid ergastatud olekus.
Nurk-kvantarv
Tähistusega ℓ tähistab nurk- või asimuutiline kvantarv orbitaali kuju. Samuti öeldakse teile, millises suborbitaalses või aatomikoorekihis leiate elektroni. Purdue ülikooli sõnul võivad orbitaalidel olla sfäärilised kujundid, kus ℓ = 0, polaarsed kujundid, kus ℓ = 1, ja ristikheina kujundid, kus ℓ = 2. Nelikõie kuju, millel on lisaks kroonleht, on määratletud kui ℓ = 3. Orbitaalidel võivad olla keerukamad kujundid koos täiendavate kroonlehtedega. Nurga kvantarvudel võib olla ükskõik milline täisarv vahemikus 0 kuni n-1, et kirjeldada orbitaali kuju. Kui on olemas alamorbitaale või alamkesta, tähistab täht igat tüüpi: „s” for = 0, „p” ℓ = 1, „d” ℓ = 2 ja „f“ for = 3. Orbitaalidel võib olla rohkem alamkoori, mille tulemuseks on suurem nurk-kvantarv. Mida suurem on alamkesta väärtus, seda pingelisem see on. Kui ℓ = 1 ja n = 2, on alamkest 2p, kuna arv 2 tähistab peamist kvantarvu ja p tähistab alamkest.
Magnetiline kvantarv
Magnetiline kvantarv ehk "m" kirjeldab orbitaali orientatsiooni selle kuju (ℓ) ja energia (n) põhjal. Võrrandites näete magnetilist kvantarvu, mida iseloomustab väiketäht M alaindeksiga ℓ, m_ {ℓ}, mis näitab teile orbitaalide orientatsiooni alamtasemel. Purdue ülikool väidab, et teil on vaja magnetilist kvantarvu mis tahes kuju jaoks, millel pole kera, kus ℓ = 0, kuna sfääridel on ainult üks suund. Teisest küljest võivad ristikheina või polaarkujuga orbitaali "kroonlehed" olla suunatud eri suundadesse ja magnetiline kvantarv näitab, millise suunaga nad silmitsi on. Järjestikuste positiivsete integraalarvude asemel võib magnetilise kvantarvu integraalväärtus olla -2, -1, 0, +1 või +2. Need väärtused jagavad alamkestad üksikuteks orbitaalideks, mis kannavad elektrone. Lisaks on igal alamkestal 2ℓ + 1 orbitaali. Seetõttu on alamkestal s, mis võrdub nurk-kvantarvuga 0, üks orbitaal: (2x0) + 1 = 1. Alamkerel d, mis võrdub nurk-kvantarvuga 2, oleks viis orbitaali: (2x2) + 1 = 5.
Spin-kvantarv
Pauli välistamispõhimõte ütleb, et kahel elektronil ei saa olla samu n, ℓ, m ega s väärtusi. Seetõttu võib samas orbiidis olla ainult maksimaalselt kaks elektroni. Kui samas orbitaalis on kaks elektroni, peavad nad pöörlema vastassuunas, kuna need loovad magnetvälja. Spinni kvantarv või s on elektronide pöörlemissuund. Võrrandis võite seda arvu tähistada väiketähtedega m ja alaindeksiga väiketähtedega s või m_ {s}. Kuna elektron saab pöörduda ainult ühes kahes suunas - päripäeva või vastupäeva -, tähistavad numbrid s +1/2 või -1/2. Teadlased võivad spinni nimetada "üles", kui selle vastupäeva, mis tähendab, et spinni kvantarv on +1/2. Kui spinn on "allapoole", on selle väärtus m_ {s} -1/2.