Mucho de la mecánica cuántica permanece más allá de la comprensión, mucho parece fantástico. Lo mismo se aplica a los números cuánticos, cuya naturaleza sigue siendo misteriosa hoy en día. El artículo describe el concepto, los tipos y los principios generales para trabajar con ellos.
Características generales
Los números cuánticos enteros o semienteros para cantidades físicas determinan todos los valores discretos posibles que caracterizan los sistemas de cuantos (molécula, átomo, núcleo) y partículas elementales. Su aplicación está estrechamente relacionada con la existencia de la constante de Planck. La discreción de los procesos que ocurren en el microcosmos refleja los números cuánticos y su significado físico. Se introdujeron por primera vez para describir las regularidades de los espectros del átomo. Pero el significado físico y la discreción de las cantidades individuales solo se revelaron en la mecánica cuántica.
El conjunto, que determina exhaustivamente el estado de este sistema, se denominó conjunto completo. Todos los estados responsables de los posibles valores de dicho conjunto forman un sistema completo de estados. Los números cuánticos en química con los grados de libertad de un electrón lo definen en tres coordenadas espaciales y un grado de libertad interno:girar.
Configuraciones electrónicas en los átomos
En un átomo hay un núcleo y electrones, entre los cuales actúan las fuerzas de naturaleza electrostática. La energía aumentará a medida que disminuya la distancia entre el núcleo y el electrón. Se cree que la energía potencial será cero si está infinitamente lejos del núcleo. Este estado se utiliza como punto de partida. Así, se determina la energía relativa del electrón.
La capa de electrones es un conjunto de niveles de energía. La pertenencia a uno de ellos se expresa por el número cuántico principal n.
Número principal
Se refiere a un cierto nivel de energía con un conjunto de orbitales que tienen valores similares, compuestos por números naturales: n=1, 2, 3, 4, 5… Cuando un electrón se mueve de un paso a otro, el Principales cambios en los números cuánticos. Hay que tener en cuenta que no todos los niveles están llenos de electrones. Al llenar la capa de un átomo, se realiza el principio de mínima energía. Su estado en este caso se llama no excitado o básico.
Números orbitales
Cada nivel tiene orbitales. Aquellos de ellos con energía similar forman un subnivel. Tal asignación se realiza utilizando el número cuántico orbital (o, como también se le llama, lateral) l, que toma los valores de los números enteros de cero a n - 1. Entonces, un electrón que tiene los números cuánticos principales y orbitales n y l pueden ser iguales, comenzando con l=0 y terminando con l=n - 1.
Esto muestra la naturaleza del movimiento de los respectivossubnivel y nivel de energía. Para l=0 y cualquier valor de n, la nube de electrones tendrá la forma de una esfera. Su radio será directamente proporcional a n. En l=1, la nube de electrones tomará la forma de infinito o figura ocho. Cuanto mayor sea el valor de l, más compleja se volverá la forma y la energía del electrón aumentará.
Números magnéticos
Ml es la proyección del momento angular orbital (lateral) en una u otra dirección del campo magnético. Muestra la orientación espacial de aquellos orbitales en los que el número l es el mismo. Ml puede tener diferentes valores 2l + 1, desde -l hasta +l.
Otro número cuántico magnético se llama espín - ms, que es el momento intrínseco del impulso. Para entender esto, uno puede imaginar la rotación de un electrón, por así decirlo, alrededor de su propio eje. Ms puede ser -1/2, +1/2, 1.
En general, para cualquier electrón, el valor absoluto del espín s=1/2, y ms significa su proyección sobre el eje.
Principio de Pauli: un átomo no puede contener dos electrones con 4 números cuánticos similares. Al menos uno de ellos debe ser excelente.
La regla para formular átomos.
- Principio de mínima energía. Según él, los niveles y subniveles que están más cerca del núcleo se llenan primero, de acuerdo con las reglas de Klechkovsky.
- La posición del elemento indica cómo se distribuyen los electrones en los niveles y subniveles de energía:
- el número coincide con la carga del átomo y el número de sus electrones;
- número periódico corresponde al número de nivelesenergía;
- número de grupo es el mismo que el número de electrones de valencia en el átomo;
- subgrupo muestra su distribución.
Partículas elementales y núcleos
Los números cuánticos en la física de las partículas elementales son sus características internas que determinan las interacciones y patrones de transformaciones. Además del espín s, esta es la carga eléctrica Q, que para todas las partículas elementales es igual a cero oa un número entero, negativo o positivo; carga bariónica B (en una partícula - cero o uno, en una antipartícula - cero o menos uno); cargas de leptones, donde Le y Lm son iguales a cero, uno y en la antipartícula, cero y menos uno; espín isotópico con número entero o medio entero; extrañeza S y otros. Todos estos números cuánticos se aplican tanto a las partículas elementales como a los núcleos atómicos.
En el sentido amplio de la palabra, se denominan cantidades físicas que determinan el movimiento de una partícula o sistema y se conservan. Sin embargo, no es en absoluto necesario que pertenezcan a un espectro discreto de valores posibles.
