Numrat kuantik dhe kuptimin e tyre fizik

Pjesa më e madhe e mekanikës kuantike mbetet përtej kufijve të mirëkuptimit, shumë prej tyre duken fantastike. E njëjta vlen edhe për numrat kuantikë, natyra e së cilës është ende misterioze sot. Artikulli përshkruan konceptin, llojet dhe parimet e përgjithshme të punës me ta.

Karakteristikat e Përgjithshme

Numrat kuantikë tërësorë ose gjysmë-integralë në sasi fizike përcaktojnë të gjitha vlerat e mundshme diskrete që karakterizojnë sistemet kuantike (një molekulë, një atom, një bërthamë) dhe grimca elementare. Aplikimi i tyre është i lidhur ngushtë me ekzistencën e konstancës Planck. Diskrete, qe rrjedhin ne mikrokozmos e proceseve, pasqyrojne numrat kuantike dhe kuptimin e tyre fizik. Ata u prezantuan për herë të parë për të përshkruar ligjet e spektrit atomik. Por kuptimi fizik dhe diskretenca e sasive individuale u zbuluan vetëm në mekanikën kuantike.
Një grup që përcakton gjendjen shteruese të këtij sistemi quhet i plotë. Të gjitha shtetet përgjegjëse për vlerat e mundshme nga një grup i tillë formojnë një sistem të plotë shtetesh. Numrat kuantikë në kimi me shkallë lirie të një elektron e përcaktojnë atë në tre koordinata hapësinore dhe shkalla e brendshme e lirisë është spin.

Konfigurimet e elektroneve dhe atomeve

Bërthama dhe elektronet janë të vendosura në atom, midis të cilave veprojnë forcat e natyrës elektrostatike. Energjia do të rritet ndërsa distanca midis bërthamës dhe elektronit zvogëlohet. Supozohet se energjia potenciale do të jetë zero nëse largohet nga bërthama për një kohë të pacaktuar. Ky shtet përdoret si origjinë. Kështu, përcaktohet energjia relative e elektronit.

Shell elektronike është një grup i niveleve të energjisë. Lidhja me njërën prej tyre shprehet me numrin kryesor të numrit n.

Numri kryesor

Ajo i referohet një niveli të caktuar të energjisë me një sërë orbitale, në të cilat vlera të ngjashme që përbëhen nga numrat natyrorë: n = 1, 2, 3, 4, 5 ... Kur një elektron kalon nga një fazë në tjetrin, numri i kuantumit kryesor ndryshon . Duhet të kihet parasysh se jo të gjitha nivelet janë të mbushura me elektron. Kur shell atomike është e mbushur, parimi i më pak energji është realizuar. Gjendja e tij në këtë rast quhet unexcited ose themelore.

Numra orbitale

Në çdo nivel ka orbitalë. Ata prej tyre me energji të ngjashme formojnë një sublevel. Një referencë e tillë është bërë me ndihmën e numrit kuantik të orbitës (siç quhet edhe dytësor), i cili merr vlerat e numrave të plotë nga zero në n - 1. Kështu, një elektron që ka një numër kuantik kryesor dhe orbital mund të jetë i barabartë duke filluar nga l = 0 dhe mbaron me l = n - 1.

Kjo tregon natyrën e levizjes së nivelit korrespondues dhe nivelin e energjisë. Për l = 0 dhe çdo vlerë e n, reja elektronike do të ketë formën e një sferë. Rrezja e tij do të jetë në përpjesëtim të drejtpërdrejtë me n. Për l = 1, reja elektronike merr formën e pafundësisë ose tetë. Sa më i madh vlera e l, forma do të bëhet më e komplikuar dhe energjia e elektronit do të rritet.

Numra magnetikë

Ml është projeksioni i momentit këndor (të çrregullt) në një ose në një drejtim tjetër të fushës magnetike. Ajo tregon orientimin hapësinor të atyre orbitaleve për të cilat numri l është i njëjtë. Ml mund të ketë vlera të ndryshme të 2l + 1, nga -1 në + l.
Një tjetër numër magnetik quan quhet spin-ms, i cili është vlera eigen e numrit të lëvizjes. Për ta kuptuar këtë, mund të imagjinoni rrotullimin e elektronit ashtu siç ndodh rreth boshtit të tij. Zonja mund të jetë e barabartë me -1/2, +1/2, 1.
Në përgjithësi, për çdo elektron, vlera absolute e rrotullimit është s = 1/2, dhe ms do të thotë projektim i saj në aks.

Parimi Pauli: nuk mund të ketë dy elektron në atom me katër numra analogë kuantikë. Të paktën një prej tyre duhet të jetë ndryshe.
Rregulli për përbërjen e formulave atomike.

1. Parimi i energjisë minimale. Fillimisht i mbushën nivelet dhe nënshkrimet, të cilat janë të vendosura më afër thelbit, sipas rregullave të Klechkovskit.
2. Pozicioni i elementit tregon se si shpërndahen elektronet mbi nivelet dhe nënligjjet e energjisë:

• Numri përkon me ngarkesën e atomit dhe numrin e elektroneve të tij;
• Numri periodik korrespondon me numrin e niveleve të energjisë;
• Numri i grupit përkon me numrin e elektroneve valente në atom;
• Nëngrupi tregon shpërndarjen e tyre.

Grimcat elementare dhe bërthamat

Numrat kuantikë në fizikën e grimcave elementare janë karakteristikat e tyre të brendshme, të cilat përcaktojnë ndërveprimet dhe modelet e transformimeve. Përveç spin s, është ngarkesa elektrike Q, e cila për të gjitha grimcat elementare është zero ose një numër i plotë, negativ ose pozitiv; Ngarkesa Baryon B (në grimcë - zero ose një, në antipartikull - zero ose minus një); Lepton akuzon, ku Le dhe Lm janë të barabarta me zero, një dhe në antipartikull - në zero dhe minus një; Spin izotopik me numra të plotë ose gjysmë numër të plotë; Strangeness S dhe të tjerët. Të gjithë këta numra kuantikë aplikohen në të dy grimcat elementare dhe tek bërthamat atomike.
Në kuptimin më të gjerë të fjalës, ato quhen sasi fizike që përcaktojnë lëvizjen e një grimce ose sistemi dhe që vazhdojnë. Megjithatë, nuk është aspak e nevojshme që ata t'i përkasin spektrit diskrete të të gjitha vlerave të mundshme.