Քվանտային մեխանիկայի մեջ շատ բան մնում է անհասկանալի, շատ բան ֆանտաստիկ է թվում: Նույնը վերաբերում է քվանտային թվերին, որոնց բնույթն այսօր էլ առեղծվածային է։ Հոդվածում նկարագրված են դրանց հետ աշխատելու հայեցակարգը, տեսակները և ընդհանուր սկզբունքները։
Ընդհանուր բնութագրեր
Ամբողջ կամ կես-ամբողջական քվանտային թվերը ֆիզիկական մեծությունների համար որոշում են բոլոր հնարավոր դիսկրետ արժեքները, որոնք բնութագրում են քվանտների (մոլեկուլ, ատոմ, միջուկ) և տարրական մասնիկների համակարգերը: Դրանց կիրառումը սերտորեն կապված է Պլանկի հաստատունի գոյության հետ։ Միկրոտիեզերքում տեղի ունեցող գործընթացների դիսկրետությունը արտացոլում է քվանտային թվերը և դրանց ֆիզիկական նշանակությունը: Դրանք առաջին անգամ ներկայացվել են ատոմի սպեկտրների օրինաչափությունները նկարագրելու համար։ Բայց առանձին մեծությունների ֆիզիկական նշանակությունն ու դիսկրետությունը բացահայտվել են միայն քվանտային մեխանիկայի մեջ:
Բազմությունը, որը սպառիչ կերպով որոշում է այս համակարգի վիճակը, կոչվում էր ամբողջական բազմություն: Նման հավաքածուից հնարավոր արժեքների համար պատասխանատու բոլոր պետությունները կազմում են պետությունների ամբողջական համակարգ: Քիմիայի մեջ քվանտային թվերը էլեկտրոնի ազատության աստիճաններով սահմանում են այն երեք տարածական կոորդինատներով և ազատության ներքին աստիճանով.պտտվել։
Էլեկտրոնների կոնֆիգուրացիաներ ատոմներում
Ատոմում կան միջուկ և էլեկտրոններ, որոնց միջև գործում են էլեկտրաստատիկ բնույթի ուժեր։ Էներգիան կավելանա, քանի որ միջուկի և էլեկտրոնի միջև հեռավորությունը փոքրանում է: Ենթադրվում է, որ պոտենցիալ էներգիան զրոյական կլինի, եթե այն անսահման հեռու լինի միջուկից: Այս վիճակը օգտագործվում է որպես ելակետ: Այսպիսով, որոշվում է էլեկտրոնի հարաբերական էներգիան։
Էլեկտրոնային թաղանթը էներգիայի մակարդակների մի շարք է: Դրանցից մեկին պատկանելը արտահայտվում է n հիմնական քվանտային թվով։
Հիմնական համար
Դա վերաբերում է որոշակի էներգիայի մակարդակին մի շարք ուղեծրերի հետ, որոնք ունեն միանման արժեքներ՝ բաղկացած բնական թվերից՝ n=1, 2, 3, 4, 5… Երբ էլեկտրոնը շարժվում է մի քայլից մյուսը, հիմնական քվանտային թվերի փոփոխությունները. Պետք է հաշվի առնել, որ ոչ բոլոր մակարդակներն են լցված էլեկտրոններով։ Ատոմի թաղանթը լրացնելիս իրականացվում է նվազագույն էներգիայի սկզբունքը։ Նրա վիճակը այս դեպքում կոչվում է չգրգռված կամ հիմնական։
Օրբիտային թվեր
Յուրաքանչյուր մակարդակ ունի ուղեծրեր: Նրանք, ովքեր ունեն նմանատիպ էներգիա, կազմում են ենթամակարդակ: Նման նշանակումը կատարվում է օգտագործելով l ուղեծրային (կամ, ինչպես նաև կոչվում է, կողային) քվանտային թիվը, որն ընդունում է ամբողջ թվերի արժեքները զրոյից մինչև n - 1: Այսպիսով, էլեկտրոն, որն ունի հիմնական և ուղեծրային քվանտային թվերը: n-ը և l-ն կարող են հավասար լինել՝ սկսած l=0-ով և վերջացրած l=n-ով - 1:
Սա ցույց է տալիս համապատասխան շարժման բնույթըենթամակարդակ և էներգիայի մակարդակ: l=0-ի և n-ի ցանկացած արժեքի դեպքում էլեկտրոնային ամպը կունենա գնդի ձև: Նրա շառավիղը ուղիղ համեմատական կլինի n-ին: l=1 դեպքում էլեկտրոնային ամպը կունենա անսահմանության կամ ութ թվի ձև: Որքան մեծ լինի l-ի արժեքը, այնքան ձևն ավելի բարդ կդառնա, և էլեկտրոնի էներգիան կաճի:
Մագնիսական թվեր
Ml-ն ուղեծրի (կողային) անկյունային իմպուլսի պրոյեկցիան է մագնիսական դաշտի այս կամ այն ուղղության վրա: Այն ցույց է տալիս այն ուղեծրերի տարածական կողմնորոշումը, որոնցում l թիվը նույնն է։ Ml-ը կարող է ունենալ տարբեր արժեքներ 2l + 1՝ -l-ից մինչև +l:
Մեկ այլ մագնիսական քվանտային թիվ կոչվում է spin - ms, որը իմպուլսի ներքին պահն է: Սա հասկանալու համար կարելի է պատկերացնել էլեկտրոնի պտույտը, ասես, իր սեփական առանցքի շուրջ: Ms-ը կարող է լինել -1/2, +1/2, 1:
Ընդհանուր առմամբ, ցանկացած էլեկտրոնի համար սպինի բացարձակ արժեքը s=1/2, իսկ ms-ը նշանակում է դրա պրոյեկցիան առանցքի վրա:
Պաուլիի սկզբունքը. ատոմը չի կարող պարունակել 4 նմանատիպ քվանտային թվով երկու էլեկտրոն: Դրանցից առնվազն մեկը պետք է գերազանց լինի։
Ատոմների ձևակերպման կանոնը։
- Նվազագույն էներգիայի սկզբունք. Ըստ այդմ՝ նախ լրացվում են այն մակարդակներն ու ենթամակարդակները, որոնք ավելի մոտ են միջուկին՝ Կլեչկովսկու կանոններով։
- Տարրի դիրքը ցույց է տալիս, թե ինչպես են էլեկտրոնները բաշխվում էներգիայի մակարդակների և ենթամակարդակների վրա.
։
- թիվը համապատասխանում է ատոմի լիցքին և նրա էլեկտրոնների թվին;
- պարբերական թիվը համապատասխանում է մակարդակների քանակինէներգիա;
- խմբի թիվը նույնն է, ինչ ատոմի վալենտային էլեկտրոնների թիվը;
- ենթախումբը ցույց է տալիս դրանց բաշխումը։
Տարրական մասնիկներ և միջուկներ
Քվանտային թվերը տարրական մասնիկների ֆիզիկայում նրանց ներքին բնութագրերն են, որոնք որոշում են փոխակերպումների փոխազդեցությունն ու օրինաչափությունները: Բացի spin s-ից, սա էլեկտրական լիցքն է Q, որը բոլոր տարրական մասնիկների համար հավասար է զրոյի կամ ամբողջ, բացասական կամ դրական; բարիոնի լիցք B (մասնիկի մեջ՝ զրո կամ մեկ, հակամասնիկի մեջ՝ զրո կամ մինուս մեկ); լեպտոնների լիցքեր, որտեղ Le-ն և Lm-ը հավասար են զրոյի, մեկ, իսկ հակամասնիկում՝ զրո և մինուս մեկ; իզոտոպային սպին ամբողջ կամ կես ամբողջ թվով; տարօրինակություն Ս և ուրիշներ։ Այս բոլոր քվանտային թվերը վերաբերում են ինչպես տարրական մասնիկներին, այնպես էլ ատոմային միջուկներին:
Բառի լայն իմաստով դրանք կոչվում են ֆիզիկական մեծություններ, որոնք որոշում են մասնիկի կամ համակարգի շարժումը և պահպանվում են: Այնուամենայնիվ, ամենևին էլ պարտադիր չէ, որ դրանք պատկանեն հնարավոր արժեքների դիսկրետ սպեկտրին:
