Кванттық механикада көп нәрсе түсіну мүмкін емес, көп нәрсе фантастикалық болып көрінеді. Дәл осылай табиғаты күні бүгінге дейін жұмбақ болып табылатын кванттық сандарға да қатысты. Мақалада олармен жұмыс істеу түсінігі, түрлері және жалпы принциптері сипатталған.
Жалпы сипаттамалар
Физикалық шамалар үшін бүтін немесе жартылай бүтін кванттық сандар кванттар жүйелерін (молекула, атом, ядро) және элементар бөлшектерді сипаттайтын барлық ықтимал дискретті мәндерді анықтайды. Олардың қолданылуы Планк тұрақтысының болуымен тығыз байланысты. Микроәлемде болып жатқан процестердің дискреттілігі кванттық сандарды және олардың физикалық мағынасын көрсетеді. Олар алғаш рет атом спектрлерінің заңдылықтарын сипаттау үшін енгізілген. Бірақ жеке шамалардың физикалық мағынасы мен дискреттілігі тек кванттық механикада ашылды.
Осы жүйенің күйін толық анықтайтын жиын толық жиын деп аталды. Осындай жиынтықтан мүмкін болатын мәндерге жауапты барлық мемлекеттер штаттардың толық жүйесін құрайды. Электронның еркіндік дәрежелері бар химиядағы кванттық сандар оны үш кеңістіктік координатада және ішкі еркіндік дәрежесінде анықтайды -айналдыру.
Атомдардағы электронды конфигурациялар
Атомда ядро мен электрондар болады, олардың арасында электростатикалық сипаттағы күштер әрекет етеді. Ядро мен электрон арасындағы қашықтық азайған сайын энергия артады. Потенциалды энергия ядродан шексіз алыс болса, нөлге тең болады деп есептеледі. Бұл күй бастапқы нүкте ретінде пайдаланылады. Осылайша, электронның салыстырмалы энергиясы анықталады.
Электрондық қабат – энергия деңгейлерінің жиынтығы. Олардың біріне жататындығы n негізгі кванттық санымен өрнектеледі.
Негізгі нөмір
Бұл натурал сандардан тұратын ұқсас мәндері бар орбитальдар жиыны бар белгілі бір энергетикалық деңгейді білдіреді: n=1, 2, 3, 4, 5… Электрон бір қадамнан екіншісіне ауысқанда, негізгі кванттық сан өзгереді. Барлық деңгейлер электрондармен толтырылмағанын ескеру керек. Атомның қабығын толтыру кезінде энергияның ең аз принципі жүзеге асады. Бұл жағдайда оның күйі қозбаған немесе негізгі деп аталады.
Орбиталь сандар
Әр деңгейде орбитальдар бар. Олардың энергиясы ұқсастары ішкі деңгейді құрайды. Мұндай тағайындау нөлден n - 1-ге дейінгі бүтін сандардың мәндерін қабылдайтын орбитальдық (немесе оны солай деп те аталады, бүйірлік) кванттық саны l арқылы жасалады. Сонымен, негізгі және орбиталық кванттық сандары бар электрон. n және l тең болуы мүмкін, l=0-ден басталып, l=n-мен аяқталады - 1.
Бұл сәйкес қозғалыстың сипатын көрсетедіішкі деңгей және энергетикалық деңгей. l=0 және кез келген n мәні үшін электронды бұлт шар тәрізді болады. Оның радиусы n-ге тура пропорционал болады. l=1 кезінде электронды бұлт шексіздік немесе сегіздік фигура түрінде болады. l мәні неғұрлым үлкен болса, пішін соғұрлым күрделі болып, электронның энергиясы артады.
Магниттік сандар
Мл – орбиталық (бүйірлік) бұрыштық импульстің магнит өрісінің бір немесе басқа бағытына проекциясы. Ол l саны бірдей болатын орбитальдардың кеңістіктік бағдарын көрсетеді. Ml әртүрлі мәндерге ие болуы мүмкін 2l + 1, -l-ден +l-ге дейін.
Тағы бір магниттік кванттық сан спин - мс деп аталады, ол импульстің меншікті моменті болып табылады. Мұны түсіну үшін электронның өз осінің айналасында айналуын елестетуге болады. Ms -1/2, +1/2, 1 болуы мүмкін.
Жалпы, кез келген электрон үшін спиннің абсолютті мәні s=1/2, ал ms оның оське проекциясын білдіреді.
Паули принципі: атомда 4 кванттық саны ұқсас екі электрон бола алмайды. Олардың кем дегенде біреуі тамаша болуы керек.
Атомдарды құрастыру ережесі.
- Ең төменгі энергия принципі. Оған сәйкес өзекке жақынырақ деңгейлер мен ішкі деңгейлер алдымен Клечковский ережесі бойынша толтырылады.
- Элементтің орны электрондардың энергия деңгейлері мен ішкі деңгейлер бойынша қалай таралатынын көрсетеді:
- сан атомның зарядына және оның электрондарының санына сәйкес келеді;
- периодтық сан деңгейлер санына сәйкес келедіэнергия;
- топ нөмірі атомдағы валенттілік электрондарының санымен бірдей;
- ішкі топ олардың таралуын көрсетеді.
Элементар бөлшектер мен ядролар
Элементар бөлшектер физикасындағы кванттық сандар олардың өзара әрекеттесулері мен түрлену заңдылықтарын анықтайтын ішкі сипаттамалары болып табылады. Спиннен басқа бұл Q электр заряды, ол барлық элементар бөлшектер үшін нөлге тең немесе бүтін, теріс немесе оң; барион заряды В (бөлшекте – нөл немесе бір, антибөлшекте – нөл немесе минус бір); лептон зарядтары, мұндағы Le және Lm нөлге тең, бір, ал антибөлшекте - нөл және минус бір; бүтін немесе жартылай бүтін санмен изотоптық спин; оғаштық S және т.б. Бұл кванттық сандардың барлығы элементар бөлшектерге де, атом ядроларына да қатысты.
Сөздің кең мағынасында олар бөлшектің немесе жүйенің қозғалысын анықтайтын және сақталатын физикалық шамалар деп аталады. Дегенмен, олардың ықтимал мәндердің дискретті спектріне жатуы міндетті емес.
