კვანტურ მექანიკაში ბევრი რამ გაგების მიღმა რჩება, ბევრი რამ ფანტასტიკური ჩანს. იგივე ეხება კვანტურ რიცხვებს, რომელთა ბუნება დღესაც იდუმალია. სტატიაში აღწერილია მათთან მუშაობის კონცეფცია, ტიპები და ზოგადი პრინციპები.
ზოგადი მახასიათებლები
მთლიანი ან ნახევარმთლიანი კვანტური რიცხვები ფიზიკური რაოდენობებისთვის განსაზღვრავს ყველა შესაძლო დისკრეტულ მნიშვნელობას, რომელიც ახასიათებს კვანტების (მოლეკულა, ატომი, ბირთვი) და ელემენტარული ნაწილაკების სისტემებს. მათი გამოყენება მჭიდრო კავშირშია პლანკის მუდმივის არსებობასთან. მიკროსამყაროში მიმდინარე პროცესების დისკრეტულობა ასახავს კვანტურ რიცხვებს და მათ ფიზიკურ მნიშვნელობას. ისინი პირველად შემოიღეს ატომის სპექტრების კანონზომიერების აღწერისთვის. მაგრამ ინდივიდუალური სიდიდეების ფიზიკური მნიშვნელობა და დისკრეტულობა გამოვლინდა მხოლოდ კვანტურ მექანიკაში.
სიმრავლეს, რომელიც ამომწურავად განსაზღვრავს ამ სისტემის მდგომარეობას, ეწოდა სრული ნაკრები. ყველა სახელმწიფო, რომელიც პასუხისმგებელია ასეთი ნაკრებიდან შესაძლო მნიშვნელობებზე, ქმნის სახელმწიფოთა სრულ სისტემას. ქიმიაში კვანტური რიცხვები ელექტრონის თავისუფლების ხარისხით განსაზღვრავს მას სამ სივრცულ კოორდინატში და თავისუფლების შინაგან ხარისხში -დატრიალება.
ელექტრონების კონფიგურაციები ატომებში
ატომში არის ბირთვი და ელექტრონები, რომელთა შორის მოქმედებს ელექტროსტატიკური ბუნების ძალები. ენერგია გაიზრდება ბირთვსა და ელექტრონს შორის მანძილის შემცირებით. ითვლება, რომ პოტენციური ენერგია იქნება ნული, თუ ის უსასრულოდ შორს იქნება ბირთვიდან. ეს მდგომარეობა გამოიყენება როგორც საწყისი წერტილი. ამრიგად, ელექტრონის ფარდობითი ენერგია განისაზღვრება.
ელექტრონული გარსი არის ენერგიის დონის ერთობლიობა. ერთ-ერთი მათგანის კუთვნილება გამოიხატება მთავარი კვანტური რიცხვით n.
მთავარი ნომერი
იგულისხმება გარკვეული ენერგეტიკული დონე ორბიტალთა სიმრავლით, რომლებსაც აქვთ მსგავსი მნიშვნელობები, რომლებიც შედგება ბუნებრივი რიცხვებისგან: n=1, 2, 3, 4, 5… როდესაც ელექტრონი გადადის ერთი საფეხურიდან მეორეზე, ძირითადი კვანტური რიცხვების ცვლილებები. გასათვალისწინებელია, რომ ყველა დონე არ არის სავსე ელექტრონებით. ატომის გარსის შევსებისას რეალიზდება უმცირესი ენერგიის პრინციპი. მის მდგომარეობას ამ შემთხვევაში ეწოდება აუგზნებელი ან ძირითადი.
ორბიტალური რიცხვები
თითოეულ დონეს აქვს ორბიტალები. მსგავსი ენერგიის მქონე ისინი ქმნიან ქვედონეს. ასეთი მინიჭება ხდება ორბიტალური (ან, როგორც მას ასევე უწოდებენ, გვერდითი) კვანტური რიცხვის l გამოყენებით, რომელიც იღებს მთელი რიცხვების მნიშვნელობებს ნულიდან n-1-მდე. ასე რომ, ელექტრონი, რომელსაც აქვს მთავარი და ორბიტალური კვანტური რიცხვები. n და l შეიძლება იყოს ტოლი, დაწყებული l=0-ით და დამთავრებული l=n - 1.
ეს გვიჩვენებს შესაბამისი მოძრაობის ბუნებასქვედონე და ენერგიის დონე. l=0-სთვის და n-ის ნებისმიერი მნიშვნელობისთვის, ელექტრონულ ღრუბელს ექნება სფეროს ფორმა. მისი რადიუსი პირდაპირპროპორციული იქნება n-ის. l=1-ზე ელექტრონული ღრუბელი მიიღებს უსასრულობის ან რვა ფიგურის ფორმას. რაც უფრო დიდია l-ის მნიშვნელობა, მით უფრო რთული გახდება მისი ფორმა და გაიზრდება ელექტრონის ენერგია.
მაგნიტური რიცხვები
Ml არის ორბიტალური (გვერდითი) კუთხოვანი იმპულსის პროექცია მაგნიტური ველის ამა თუ იმ მიმართულებით. ის გვიჩვენებს იმ ორბიტალების სივრცულ ორიენტაციას, რომლებშიც რიცხვი l იგივეა. Ml შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული მნიშვნელობები 2l + 1, -l-დან +l-მდე.
სხვა მაგნიტურ კვანტურ რიცხვს ეწოდება spin - ms, რომელიც არის იმპულსის შინაგანი მომენტი. ამის გასაგებად, შეიძლება წარმოვიდგინოთ ელექტრონის ბრუნვა, როგორც ეს, საკუთარი ღერძის გარშემო. Ms შეიძლება იყოს -1/2, +1/2, 1.
ზოგადად, ნებისმიერი ელექტრონისთვის, სპინის აბსოლუტური მნიშვნელობა s=1/2, ხოლო ms ნიშნავს მის პროექციას ღერძზე.
პაულის პრინციპი: ატომი არ შეიძლება შეიცავდეს ორ ელექტრონს 4 მსგავსი კვანტური რიცხვით. მინიმუმ ერთი მათგანი უნდა იყოს შესანიშნავი.
ატომების ფორმულირების წესი.
- მინიმალური ენერგიის პრინციპი. მისი მიხედვით, ჯერ ივსება ის დონეები და ქვედონეები, რომლებიც უფრო ახლოსაა ბირთვთან, კლეჩკოვსკის წესებით.
- ელემენტის პოზიცია მიუთითებს, თუ როგორ ნაწილდება ელექტრონები ენერგიის დონეებსა და ქვედონეებზე:
- რიცხვი ემთხვევა ატომის მუხტს და მისი ელექტრონების რაოდენობას;
- პერიოდული რიცხვი შეესაბამება დონეების რაოდენობასენერგია;
- ჯგუფის რიცხვი იგივეა, რაც ატომში ვალენტური ელექტრონების რაოდენობა;
- ქვეჯგუფი აჩვენებს მათ განაწილებას.
ელემენტარული ნაწილაკები და ბირთვები
კვანტური რიცხვები ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში მათი შინაგანი მახასიათებლებია, რომლებიც განსაზღვრავენ გარდაქმნების ურთიერთქმედებასა და შაბლონებს. გარდა spin s-ისა, ეს არის ელექტრული მუხტი Q, რომელიც ყველა ელემენტარული ნაწილაკისთვის არის ნულის ტოლი ან მთელი რიცხვი, უარყოფითი ან დადებითი; ბარიონის მუხტი B (ნაწილაკში - ნული ან ერთი, ანტინაწილაკში - ნული ან მინუს ერთი); ლეპტონის მუხტები, სადაც Le და Lm ნულის ტოლია, ერთი, ხოლო ანტინაწილაკში - ნული და მინუს ერთი; იზოტოპური სპინი მთელი ან ნახევარმთლიანი რიცხვით; უცნაურობა S და სხვები. ყველა ეს კვანტური რიცხვი ვრცელდება როგორც ელემენტარულ ნაწილაკებზე, ასევე ატომის ბირთვებზე.
ამ სიტყვის ფართო გაგებით, მათ უწოდებენ ფიზიკურ სიდიდეებს, რომლებიც განსაზღვრავენ ნაწილაკების ან სისტემის მოძრაობას და შენარჩუნებულია. თუმცა, სულაც არ არის აუცილებელი, რომ ისინი მიეკუთვნებოდეს შესაძლო მნიშვნელობების დისკრეტულ სპექტრს.
