Une grande partie de la mécanique quantique reste incompréhensible, beaucoup semble fantastique. Il en va de même pour les nombres quantiques, dont la nature est encore mystérieuse aujourd'hui. L'article décrit le concept, les types et les principes généraux de travail avec eux.
Caractéristiques générales
Les nombres quantiques entiers ou demi-entiers pour les grandeurs physiques déterminent toutes les valeurs discrètes possibles qui caractérisent les systèmes de quanta (molécule, atome, noyau) et de particules élémentaires. Leur application est étroitement liée à l'existence de la constante de Planck. La discrétion des processus se produisant dans le microcosme reflète les nombres quantiques et leur signification physique. Ils ont d'abord été introduits pour décrire les régularités des spectres de l'atome. Mais la signification physique et la discrétion des grandeurs individuelles n'ont été révélées qu'en mécanique quantique.
L'ensemble, qui détermine de manière exhaustive l'état de ce système, était appelé l'ensemble complet. Tous les états responsables des valeurs possibles d'un tel ensemble forment un système complet d'états. Les nombres quantiques en chimie avec les degrés de liberté d'un électron le définissent en trois coordonnées spatiales et un degré de liberté interne -tourner.
Configurations d'électrons dans les atomes
Dans un atome il y a un noyau et des électrons, entre lesquels agissent des forces de nature électrostatique. L'énergie augmentera à mesure que la distance entre le noyau et l'électron diminue. On pense que l'énergie potentielle sera nulle si elle est infiniment loin du noyau. Cet état est utilisé comme point de départ. Ainsi, l'énergie relative de l'électron est déterminée.
La couche d'électrons est un ensemble de niveaux d'énergie. L'appartenance à l'un d'eux est exprimée par le nombre quantique principal n.
Numéro principal
Il fait référence à un certain niveau d'énergie avec un ensemble d'orbitales qui ont des valeurs similaires, composées de nombres naturels: n=1, 2, 3, 4, 5… Lorsqu'un électron se déplace d'une étape à l'autre, le principaux changements de nombre quantique. Il faut tenir compte du fait que tous les niveaux ne sont pas remplis d'électrons. Lors du remplissage de la coquille d'un atome, le principe de moindre énergie est réalisé. Son état dans ce cas est appelé non excité ou basique.
Nombres orbitaux
Chaque niveau a des orbitales. Ceux d'entre eux avec une énergie similaire forment un sous-niveau. Une telle affectation est effectuée à l'aide du nombre quantique orbital (ou, comme on l'appelle aussi, latéral) l, qui prend les valeurs d'entiers de zéro à n - 1. Donc, un électron qui a les nombres quantiques principaux et orbitaux n et l peuvent être égaux, commençant par l=0 et se terminant par l=n - 1.
Ceci montre la nature du mouvement dessous-niveau et niveau d'énergie. Pour l=0 et n'importe quelle valeur de n, le nuage d'électrons aura la forme d'une sphère. Son rayon sera directement proportionnel à n. À l=1, le nuage d'électrons prendra la forme de l'infini ou du chiffre huit. Plus la valeur de l est grande, plus la forme deviendra complexe et l'énergie de l'électron augmentera.
Chiffres magnétiques
Ml est la projection du moment cinétique orbital (latéral) sur l'une ou l'autre direction du champ magnétique. Il montre l'orientation spatiale des orbitales dans lesquelles le nombre l est le même. Ml peut avoir différentes valeurs 2l + 1, de -l à +l.
Un autre nombre quantique magnétique est appelé spin - ms, qui est le moment intrinsèque de la quantité de mouvement. Pour comprendre cela, on peut imaginer la rotation d'un électron, pour ainsi dire, autour de son propre axe. Ms peut valoir -1/2, +1/2, 1.
En général, pour tout électron, la valeur absolue du spin s=1/2, et ms signifie sa projection sur l'axe.
Principe de Pauli: un atome ne peut pas contenir deux électrons avec 4 nombres quantiques similaires. Au moins l'un d'entre eux doit être excellent.
La règle pour formuler des atomes.
- Principe de l'énergie minimale. Selon lui, les niveaux et sous-niveaux les plus proches du noyau sont d'abord remplis, selon les règles de Klechkovsky.
- La position de l'élément indique comment les électrons sont répartis sur les niveaux et sous-niveaux d'énergie:
- le nombre correspond à la charge de l'atome et au nombre de ses électrons;
- le numéro de période correspond au nombre de niveauxénergie;
- le numéro de groupe est le même que le nombre d'électrons de valence dans l'atome;
- sous-groupe montre leur distribution.
Particules élémentaires et noyaux
Les nombres quantiques dans la physique des particules élémentaires sont leurs caractéristiques internes qui déterminent les interactions et les modèles de transformations. En plus du spin s, c'est la charge électrique Q, qui pour toutes les particules élémentaires est égale à zéro ou à un nombre entier, négatif ou positif; charge de baryon B (dans une particule - zéro ou un, dans une antiparticule - zéro ou moins un); charges leptoniques, où Le et Lm sont égaux à zéro, un, et dans l'antiparticule - zéro et moins un; spin isotopique avec entier ou demi-entier; étrangeté S et autres. Tous ces nombres quantiques s'appliquent aussi bien aux particules élémentaires qu'aux noyaux atomiques.
Au sens large du terme, on les appelle grandeurs physiques qui déterminent le mouvement d'une particule ou d'un système et sont conservées. Cependant, il n'est pas du tout nécessaire qu'elles appartiennent à un spectre discret de valeurs possibles.
