Banyak hal dalam mekanika kuantum masih di luar pemahaman, banyak yang tampak fantastis. Hal yang sama berlaku untuk bilangan kuantum, yang sifatnya masih misterius hingga saat ini. Artikel ini menjelaskan konsep, jenis, dan prinsip umum bekerja dengan mereka.
Karakteristik umum
Bilangan kuantum bilangan bulat atau setengah bilangan bulat untuk besaran fisika menentukan semua kemungkinan nilai diskrit yang mencirikan sistem kuanta (molekul, atom, inti) dan partikel elementer. Penerapannya berkaitan erat dengan keberadaan konstanta Planck. Keterpisahan proses yang terjadi dalam mikrokosmos mencerminkan bilangan kuantum dan makna fisiknya. Mereka pertama kali diperkenalkan untuk menggambarkan keteraturan spektrum atom. Tetapi makna fisik dan keterpisahan dari besaran-besaran individu terungkap hanya dalam mekanika kuantum.
Masing-masing himpunan, yang secara mendalam menentukan keadaan sistem ini, disebut himpunan lengkap. Semua negara bagian yang bertanggung jawab atas kemungkinan nilai dari himpunan semacam itu membentuk sistem negara bagian yang lengkap. Bilangan kuantum dalam kimia dengan derajat kebebasan elektron mendefinisikannya dalam tiga koordinat spasial dan derajat kebebasan internal -berputar.
Konfigurasi elektron dalam atom
Dalam atom terdapat nukleus dan elektron, di antaranya gaya elektrostatik bekerja. Energi akan bertambah dengan bertambahnya jarak antara inti dan elektron. Diyakini bahwa energi potensial akan menjadi nol jika jauh dari inti. Keadaan ini digunakan sebagai titik awal. Dengan demikian, energi relatif elektron ditentukan.
Kulit elektron adalah seperangkat tingkat energi. Milik salah satunya dinyatakan oleh bilangan kuantum utama n.
Nomor utama
Ini mengacu pada tingkat energi tertentu dengan satu set orbital yang memiliki nilai yang sama, terdiri dari bilangan asli: n=1, 2, 3, 4, 5… Ketika sebuah elektron bergerak dari satu langkah ke langkah lainnya, elektron perubahan bilangan kuantum utama. Harus diperhitungkan bahwa tidak semua level diisi dengan elektron. Saat mengisi kulit atom, prinsip energi terkecil diwujudkan. Keadaannya dalam hal ini disebut tidak bersemangat atau dasar.
Bilangan orbital
Setiap level memiliki orbital. Mereka yang memiliki energi serupa membentuk sublevel. Penugasan seperti itu dibuat menggunakan orbital (atau, demikian juga disebut, sisi) bilangan kuantum l, yang mengambil nilai bilangan bulat dari nol hingga n - 1. Jadi elektron yang memiliki bilangan kuantum utama dan orbital n dan l bisa sama, dimulai dengan l=0 dan diakhiri dengan l=n - 1.
Ini menunjukkan sifat gerakan masing-masingsublevel dan tingkat energi. Untuk l=0 dan setiap nilai n, awan elektron akan berbentuk bola. Jari-jarinya akan berbanding lurus dengan n. Pada l=1, awan elektron akan berbentuk tak terhingga atau angka delapan. Semakin besar nilai l, semakin kompleks bentuknya, dan energi elektron akan meningkat.
Bilangan magnet
Ml adalah proyeksi momentum sudut orbital (sisi) ke satu atau lain arah medan magnet. Ini menunjukkan orientasi spasial orbital-orbital di mana nomor l adalah sama. Ml dapat memiliki nilai yang berbeda 2l + 1, dari -l hingga +l.
Bilangan kuantum magnetik lain disebut spin - ms, yang merupakan momen intrinsik dari momentum. Untuk memahami ini, orang dapat membayangkan rotasi elektron, seolah-olah, di sekitar porosnya sendiri. Ms dapat berupa -1/2, +1/2, 1.
Secara umum, untuk sembarang elektron, nilai mutlak spin s=1/2, dan ms berarti proyeksinya ke sumbu.
Prinsip Pauli: sebuah atom tidak dapat mengandung dua elektron dengan 4 bilangan kuantum yang sama. Setidaknya salah satu dari mereka harus sangat baik.
Aturan untuk merumuskan atom.
- Prinsip energi minimum. Menurutnya, level dan sublevel yang lebih dekat dengan inti diisi terlebih dahulu, sesuai dengan aturan Klechkovsky.
- Posisi elemen menunjukkan bagaimana elektron didistribusikan pada tingkat energi dan sublevel:
- jumlahnya sesuai dengan muatan atom dan jumlah elektronnya;
- nomor periodik sesuai dengan jumlah levelenergi;
- nomor golongan sama dengan jumlah elektron valensi dalam atom;
- subgrup menunjukkan distribusinya.
Partikel dan inti dasar
Bilangan kuantum dalam fisika partikel elementer adalah karakteristik internalnya yang menentukan interaksi dan pola transformasi. Selain spin s, ini adalah muatan listrik Q, yang untuk semua partikel elementer sama dengan nol atau bilangan bulat, negatif atau positif; muatan baryon B (dalam partikel - nol atau satu, dalam antipartikel - nol atau minus satu); muatan lepton, di mana Le dan Lm sama dengan nol, satu, dan dalam antipartikel - nol dan minus satu; spin isotop dengan bilangan bulat atau setengah bilangan bulat; keanehan S dan lain-lain. Semua bilangan kuantum ini berlaku baik untuk partikel elementer maupun untuk inti atom.
Dalam arti luas, bilangan tersebut disebut besaran fisika yang menentukan gerakan partikel atau sistem dan bersifat kekal. Namun, sama sekali tidak perlu bahwa mereka termasuk dalam spektrum diskrit dari nilai-nilai yang mungkin.
