เนื้อหา
ตัวเลขควอนตัมคือค่าที่อธิบายพลังงานหรือสถานะพลังของอิเล็กตรอนของอะตอม ตัวเลขดังกล่าวแสดงถึงการหมุนของอิเล็กตรอนพลังงานโมเมนต์แม่เหล็กและโมเมนต์เชิงมุม จากมหาวิทยาลัย Purdue ตัวเลขควอนตัมมาจากแบบจำลอง Bohr สมการคลื่น Hw = Ew ของSchrödingerกฎของ Hund และทฤษฎีการโคจร Hund-Mulliken เพื่อให้เข้าใจถึงจำนวนควอนตัมที่อธิบายอิเล็กตรอนในอะตอมมันมีประโยชน์ที่จะคุ้นเคยกับคำศัพท์และหลักการทางฟิสิกส์และเคมีที่เกี่ยวข้อง
จำนวนควอนตัมหลัก
อิเล็กตรอนหมุนในเปลือกอะตอมเรียกว่า orbitals โดดเด่นด้วย "n" จำนวนควอนตัมที่สำคัญระบุระยะห่างจากนิวเคลียสของอะตอมไปยังอิเล็กตรอนขนาดของการโคจรและโมเมนตัมเชิงมุม azimuthal ซึ่งเป็นจำนวนควอนตัมที่สองที่แสดงโดย "ℓ." จำนวนควอนตัมตัวหลักยังอธิบายถึงพลังงานของวงโคจรในขณะที่อิเล็กตรอนอยู่ในสถานะคงที่ของการเคลื่อนที่มีประจุตรงข้ามและถูกดึงดูดไปยังนิวเคลียส วงโคจรที่ n = 1 อยู่ใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมมากกว่าที่ n = 2 หรือจำนวนที่สูงกว่า เมื่อ n = 1 อิเล็กตรอนจะอยู่ในสภาพพื้น เมื่อ n = 2 วงโคจรจะอยู่ในสถานะตื่นเต้น
จำนวนควอนตัมเชิงมุม
เป็นตัวแทนของ“ ℓ,” จำนวนเชิงมุมหรือ azimuthal, ควอนตัมระบุรูปร่างของวงโคจร มันยังบอกคุณว่า suborbital หรือชั้นเปลือกอะตอมคุณสามารถค้นหาอิเล็กตรอนในมหาวิทยาลัย Purdue บอกว่าวงโคจรสามารถมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่ 0 = 0, รูปร่างขั้วที่ℓ = 1 และรูปร่างโคลเวอร์ลีฟที่ℓ = 2 รูปโคลเวอร์ลีฟที่มีกลีบดอกพิเศษถูกกำหนดโดยℓ = 3 วงโคจรสามารถมีรูปร่างที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยกลีบดอกเพิ่มเติม ตัวเลขควอนตัมเชิงมุมสามารถมีจำนวนเต็มใด ๆ ระหว่าง 0 ถึง n-1 เพื่ออธิบายรูปร่างของวงโคจร เมื่อมี sub-orbitals หรือ sub-shells ตัวอักษรจะแทนแต่ละประเภท:“ s” สำหรับℓ = 0,“ p” สำหรับℓ = 1,“ d” สำหรับℓ = 2 และ“ f” สำหรับℓ = 3 วงโคจรสามารถมีเชลล์ย่อยได้มากขึ้นซึ่งส่งผลให้จำนวนควอนตัมเชิงมุมมีขนาดใหญ่ขึ้น ยิ่งมูลค่าของ sub-shell ยิ่งมากก็ยิ่งมีพลังมากขึ้นเท่านั้น เมื่อℓ = 1 และ n = 2 sub-shell คือ 2p เนื่องจาก number 2 แสดงถึงจำนวน quantum หลักและ p แทน sub-shell
หมายเลขควอนตัมแม่เหล็ก
หมายเลขควอนตัมแม่เหล็กหรือ "m" อธิบายการปฐมนิเทศของวงโคจรตามรูปร่าง (ℓ) และพลังงาน (n) ในสมการคุณจะเห็นจำนวนควอนตัมแม่เหล็กที่มีตัวอักษรตัวพิมพ์เล็ก M ที่มีตัวห้อยℓ, m_ {ℓ} ซึ่งบอกทิศทางของ orbitals ภายในระดับย่อย มหาวิทยาลัย Purdue ระบุว่าคุณต้องการหมายเลขควอนตัมแม่เหล็กสำหรับรูปร่างใด ๆ ที่ไม่ใช่ทรงกลมโดยที่ℓ = 0 เนื่องจากทรงกลมมีทิศทางเดียว ในทางตรงกันข้าม "กลีบ" ของวงโคจรที่มีรูปทรงโคลเวอร์ลีฟหรือขั้วโลกสามารถเผชิญกับทิศทางที่แตกต่างกันและจำนวนควอนตัมแม่เหล็กบอกวิธีที่พวกเขาเผชิญ แทนการมีหมายเลขอินทิกรัลบวกอย่างต่อเนื่องหมายเลขควอนตัมแม่เหล็กสามารถมีค่าอินทิกรัลของ -2, -1, 0, +1 หรือ +2 ค่าเหล่านี้แบ่งเปลือกย่อยเป็นวงโคจรเดี่ยว ๆ ที่มีอิเล็กตรอน นอกจากนี้แต่ละเชลล์ย่อยมีวงโคจร2ℓ + 1 ดังนั้น sub-shell s ซึ่งเท่ากับจำนวนเชิงมุมควอนตัม 0 มีหนึ่งวง: (2x0) + 1 = 1 Sub-shell d ซึ่งเท่ากับจำนวนเชิงมุมควอนตัม 2 จะมีห้า orbitals: (2x2) + 1 = 5
หมุนจำนวนควอนตัม
หลักการกีดกันของ Pauli กล่าวว่าไม่มีอิเล็กตรอนสองตัวที่สามารถมีค่า n, ℓ, m หรือ s เดียวกันได้ ดังนั้นอิเล็กตรอนเพียงสองตัวเท่านั้นจึงจะสามารถอยู่ในวงโคจรเดียวกัน เมื่อมีอิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในวงโคจรเดียวกันพวกมันจะต้องหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อพวกมันสร้างสนามแม่เหล็ก จำนวนควอนตัมหมุนหรือ s คือทิศทางที่อิเล็กตรอนหมุน ในสมการคุณอาจเห็นตัวเลขนี้แทนด้วยตัวพิมพ์เล็ก m และตัวอักษรตัวเล็กตัวห้อย s หรือ m_ {s} เนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถหมุนได้เพียงหนึ่งในสองทิศทาง - ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา - ตัวเลขที่แสดงถึง s คือ +1/2 หรือ -1/2 นักวิทยาศาสตร์อาจอ้างถึงการหมุนว่า "ขึ้น" เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกาซึ่งหมายความว่าจำนวนควอนตัมหมุนคือ +1/2 เมื่อสปินลดต่ำลงมันจะมีค่า m_ {s} เป็น -1/2