Квантни бројеви

Квантни бројеви n, ℓ, mℓ и mₛ означавају дозвољена електронска стања у атому. Они нису координате класичне путање већ ознаке решења квантног проблема.

Основна идеја и дефиниција

Главни квантни број n одређује љуску и радијалну скалу. За дато n, ℓ може бити 0…n−1. Ознаке s, p, d и f су називи за ℓ=0,1,2,3.

n одређује главну љуску

Ово је последица модела, а не издвојено правило за памћење. Величине треба написати експлицитно и проверити јединице и физички гранични случај.

mₛ је +1/2 или −1/2

Смисао је најјаснији када се симболичка релација повеже са електронском или нуклеарном структуром која се заиста мења. Тренд без механизма лако води погрешном закључку.

Угаоних чворова има ℓ

У прорачуну знак и референтно стање треба одредити пре уврштавања бројева. Тако исти симбол не добија две различите физичке улоге.

(n, ℓ, mℓ, mₛ)0≤ℓ≤n−1 · −ℓ≤mℓ≤ℓMendeleev · Квантни бројеви
Модел и кључна релација

Механизам и квантитативни модел

За свако ℓ, mℓ узима вредности −ℓ…+ℓ, укупно 2ℓ+1 орбитала. Пројекција спина mₛ је ±1/2. Четворка (n,ℓ,mℓ,mₛ) означава једно дозвољено једноелектронско стање.

ℓ узима вредности 0 до n−1

Ова веза је добра провера доследности: резултат мора поштовати законе очувања, дозвољена квантна стања и прави ред величине.

Подљуска има 2ℓ+1 орбитала

Просечни модел може добро описати тренд иако није директно мерење једне локалне величине. То је важно у вишеелектронском систему.

Радијалних чворова има n−ℓ−1

Добро објашњење раздваја узрок и корелацију. Положај у периодном систему показује образац, а орбитална структура и засенчење дају механизам.

ТипnℓmℓmₛОрбитале
2s200±1/21
3p31−1,0,+1±1/23
4d42−2…+2±1/25
5f53−3…+3±1/27

Шта показују мерења и прорачуни

Сабирањем свих ℓ добија се n² орбитала у љусци и, са два спина, капацитет 2n² електрона. За n=3 то су једна 3s, три 3p и пет 3d орбитала.

s, p, d и f одговарају ℓ=0,1,2,3

Поред идеалног модела треба знати шта мења експеримент: побуђена стања, окружење, ефикасност детектора или више-честични ефекти.

Љуска има n² орбитала и 2n² електрона

Поређење са суседним случајем показује да ли промена долази од Z, n, упаривања, продирања или другог механизма.

Диполни прелаз обично има Δℓ=±1

Ово је последица модела, а не издвојено правило за памћење. Величине треба написати експлицитно и проверити јединице и физички гранични случај.

Ограничења и везе

Укупан број чворова је n−1, угаоних ℓ, а радијалних n−ℓ−1. Чворови мењају продирање и преклапање; спектроскопска правила избора такође се пишу квантним бројевима, на пример Δℓ=±1.

mℓ иде од −ℓ до +ℓ

Смисао је најјаснији када се симболичка релација повеже са електронском или нуклеарном структуром која се заиста мења. Тренд без механизма лако води погрешном закључку.

Укупан број чворова је n−1

У прорачуну знак и референтно стање треба одредити пре уврштавања бројева. Тако исти симбол не добија две различите физичке улоге.

Решени примери

Задатак 1

Израчунај максималан број електрона у љусци n=3.

Решење

2n²=2·9=18 електрона.

Задатак 2

За 4d су n=4 и ℓ=2. Одреди укупан, угаони и радијални број чворова.

Решење

Укупно 3, угаоних 2, радијалних 1.

Задатак 3

Да ли је (n,ℓ,mℓ,mₛ)=(3,3,0,+1/2) дозвољено?

Решење

Не. За n=3, ℓ може бити само 0, 1 или 2.

Главни квантни број n одређује љуску и радијалну скалу. За дато n, ℓ може бити 0…n−1. Ознаке s, p, d и f су називи за ℓ=0,1,2,3. За свако ℓ, mℓ узима вредности −ℓ…+ℓ, укупно 2ℓ+1 орбитала. Пројекција спина mₛ је ±1/2. Четворка (n,ℓ,mℓ,mₛ) означава једно дозвољено једноелектронско стање. Сабирањем свих ℓ добија се n² орбитала у љусци и, са два спина, капацитет 2n² електрона. За n=3 то су једна 3s, три 3p и пет 3d орбитала. Укупан број чворова је n−1, угаоних ℓ, а радијалних n−ℓ−1. Чворови мењају продирање и преклапање; спектроскопска правила избора такође се пишу квантним бројевима, на пример Δℓ=±1.