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7.10: 量子数
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7.10: 量子数

据说原子中电子的能量被量化;也就是说,它只能等于特定的特定值,并且可以从一个能级跃迁到另一个能级,但不能平稳过渡或停留在这些能级之间。

能级用n值标记,其中 n = 1、2、3等。通常,原子中电子的能量越大,值越大> n n 这个数字称为主量子数。主量子数定义能级的位置。它与玻尔原子描述中的n基本相同。主量子数的另一个名称是壳数。

量子力学模型指定了在原子核周围的三维空间中发现电子的概率,并基于薛定谔方程的解。

另一个量子数是 l ,是次要(角动量)量子数。它是一个整数,可以采用值 l = 0、1、2和&hellip ;、 n &ndash; 1.这意味着 n = 1的轨道只能具有 l l = 0的一个值,而 n < / em> = 2允许 l = 0和 l = 1,依此类推。主量子数 n 定义了轨道的一般大小和能量,而次级量子数 l 指定了轨道的形状。具有相同 l 值的轨道定义一个子壳。 l = 0的

轨道称为 s 轨道,它们构成了 s 子壳。值 l = 1对应于 p 轨道。对于给定的 n p 轨道构成一个 p 子壳(例如,如果 n < / em> = 3)。 l = 2的轨道称为 d 轨道,其后依次是 f -,g-和 h l => 3、4和5的>-轨道。

磁量子数 m l 指定特定轨道的相对空间方向。一般来说, m l 可以等于&ndash; l ,&ndash;(( l &ndash; 1), &hellip;,0,&hellip;,( l &ndash; 1), l 。具有相同 l 值(即在同一子壳中)的可能轨道总数为2 l +1。因此,有一个 s在 s 子外壳( l = 0)中的-轨道,在 p < / em>子壳( l = 1),在 d 子壳( l = 2中,五个 d 轨道), f 子外壳中的七个 f 轨道( l = 3),依此类推。主量子数定义了电子能量的一般值。角动量量子数确定轨道的形状。磁量子数指定了空间中轨道的方向。

尽管在前面的段落中讨论的三个量子数在描述电子轨道方面非常有效,但是一些实验表明它们不足以解释所有观察到的结果。在1920年代证明,当以极高的分辨率检查氢谱线时,某些谱线实际上不是单个峰,而是成对的紧密间隔的谱线。这就是所谓的光谱精细结构,这意味着即使电子位于同一轨道上,电子的能量也会存在其他小的差异。这些发现导致塞缪尔·古德斯米特(Samuel Goudsmit)和乔治·乌伦贝克(George Uhlenbeck)提出电子具有第四量子数。他们称其为自旋量子数或 s

其他三个量子数 n l m l 是特定原子轨道的性质这也定义了电子最有可能位于空间的哪一部分。轨道是求解原子中电子的薛定ding方程的结果。

第四个量子数 m s 是自旋量子数。电子在旋转电荷,其行为类似于微小的条形磁铁。电子的两种可能的自旋运动是顺时针和逆时针。对于轨道中的电子,这两种可能性用自旋量子数表示,顺时针旋转为+1/2,逆时针旋转为负1/2。它是唯一具有非整数值的量子数。

本文改编自 Openstax,化学 2e,第6.3节:量子理论的发展

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