Kvantni brojevi

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Kvantni broj je bilo koji broj iz skupine brojeva koji specifično opisuje kvantno stanje bilo kojeg sustava u kvantnoj mehanici. Pojedini kvantni broj obilježava veličinu očuvanja količine u dinamici kvantnog sustava. Kako bilo koji kvantni sustav može imati jedan ili više kvantnih brojeva beskorisno je nabrajati sve moguće kvantne brojeve. Kvantni su brojevi vrlo dobro opisani na primjeru elektrona u atomu.

Kvantni brojevi elektrona[uredi VE | uredi]

Atom atomskog broja Z ima Z broj elektrona. Elektroni u njemu zauzimaju neko energijsko stanje. Atom tada nije pobuđen i nalazi se u svom osnovnom stanju. Iz toga proizilazi da svaki [[kemijski element]] ima karakterističan spektar koji se objašnjava pomoću energijskih razina ili stacionarnih stanja atoma, molekula i jezgara. Sustavi tako mogu emitirati i apsorbirati elektromagnetsko zračenje točno određenih fekvencija. U slučaju elektrona, on može prelaziti iz stanja više energije u stanje niže energije i obrnuto. Pri tom poprima određenu energijsku razinu u atomu, a kvantni brojevi nam opisuju razmještaj elektrona po mogućim energijskim razinama.

Glavni kvantni broj[uredi VE | uredi]

Glavni kvantni broj određuje energiju pojedine skupine bliskih energija i može imati vrijednosti:

n = 1, 2, 3, ...

U kemiji se taj niz energijskih razina naziva ljuska i označavaju se s K, L, M, N...

Orbitalni kvantni broj[uredi VE | uredi]

Orbitalni kvantni broj l određuje veličinu kutne količine gibanja elektrona u atomu koju označavamo s L (zamah). Veličina L i l su povezane jednadžbom:

L2 = l(l+1)ћ.

Vrijednosti l su:

l = 0, 1, 2, 3, ...(n - 1)

ћ = h/2π gdje h predstavlja Planckovu konstantu. Često se orbitalni kvantni broj naziva podljuskom ili orbitalom i označava slovima s, p, d, f,... prema izgledu spektralnih linija.

l = 0 → s sharp (oštra)

l = 1 → p principal (glavna)

l = 2 → d diffuse (raspršena)

l = 3 → f fundamental (osnovna)

Magnetni orbitalni kvantni broj[uredi VE | uredi]

Magnetni orbitalni kvantni broj po apsolutnoj vrijednosti ne može biti veći od orbitalnog kvantnog broja, |ml| ≤ l. Poprima vrijednosti:

ml = -l, (-l + 1), ... -1, 0, +1,... (l – 1), l

Dakle, svakom paru brojeva n, l odgovara (2n + 1) različitih vrijednosti kvantnog broja ml . U vanjskom magnetnom polju u smjeru odabrane osi, primjerice z – osi, projekcija zamaha L je također kvantizirana i ima vrijednost Lz = mlћ.

Magnetski spinski kvantni broj ms[uredi VE | uredi]

Spinom se opisuje vlastito svojstvo elektrona nešto slično vrtnji elektrona oko vlastite osi, po čemu je i odabran naziv tog kvantnog broja. Može poprimiti samo dvije vrijednosti: ms = −1/2 ili +1/2. Komponenta spina u smjeru magnetskog polja je msћ: −1/2ћ ili +1/2ћ. Vlastiti zamah S = ћ[s(s+1)]1/2, a u smjeru magnetskog polja Sz = msћ. Spin je svojstvo čestica, i čestice polucjelbrojnoga spina nazivamo fermionima, a cjelobrojnog bozonima.



Pravila za vrijednosti n, l, ml dobivaju se rješavanjem Schrödingerove jednadžbe, a pravilo za ms dobijemo uključivanjem relativističkih učinaka u kvantnu fiziku.

ime simbol značenje raspon veličina primjer veličine
glavni kvantni broj n\,\! ljuska 1 \le n \,\! n=1,2,3...\,\!
orbitalni kvantni broj \ell\,\! podljuska 0 \le \ell \le n-1\,\! za n=3\,\!:
\ell=0,1,2\,(s, p, d)\,\!
magnetni orbitalni kvantni broj m_\ell\,\! pomak energije -\ell \le m_\ell \le \ell\,\! za \ell=2\,\!:
m_\ell=-2,-1,0,1,2\,\!
magnetni spinski kvantni broj m_s\,\! spin - \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} , \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} \,\! uvijek samo: - \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} , \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} \,\!


Npr. kvantni brojevi vanjskog valentnog elektrona atoma fluora koji je smješten u atomskoj orbitali 2p su: n = 2, l = 1, ml = 1, ili 0, ili −1, ms = −1/2 ili 1/2.