量子数科科技有限公司,什么是量子数,它们的物理意义是什么?

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什么是量子数,它们的物理意义是什么?

原子由原子核和核外电子组成,电子绕核运动。每个核外电子的运动状态可用四个量子描述

1 主量子数 n

决定不同电子能级能量的大小和核外电子离核的远近。n值越大,电子离核的平均距离越远,能量越高

取值为 1,2,3,4,5,6……正整数

符号为 K,L,M,N,O,P

2 角量子数 l

表示电子在核外空间某个方向原子轨道的性状(原子轨道角度分布的基本图像),并在多电子原子中和角量子数一起共同决定电子能级

取值为 0,1,2,3,4……(n-1)

符号为 s,p,d,f,g

3 磁量子数 m

决定原子轨道在空间的取向

取值为 0,±1,±2……±l

4 自旋量子数 ms

表示电子绕一个通过自己中心的轴所作自旋运动的方向

取值为 +1/2和-1/2

可见:

n、l、m确定一个原子轨道

每种类型的原子轨道的数目等于(2l+1)

每条轨道上只能容纳二个自旋方向相反的电子

各电子层可能有的状态数(电子数)等于主量子数平方的二倍

什么是量子数?

量子数是量子力学中表述原子核外电子运动的一组整数或半整数。

因为核外电子运动状态的变化不是连续的,而是量子化的,所以量子数的取值也不是连续的,而只能取一组整数或半整数。量子数包括主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数ms四种,前三种是在数学解析薛定谔方程过程中引出的,而最后一种则是为了表述电子的自旋运动提出的。

主量子数和角量子数相同的轨道叫做简并轨道或等价轨道,但是怎么可能主量子数会等于角量子数呢?

4种不同的量子数:主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(ml)(我们这里叫轨道量子数)、自旋量子数(ms),n和l相同的轨道就是等价轨道.换句话说,就是在同一个电子亚层里的轨道。

举例说明四个量子数的物理意义及其相互取值的关系,如何用量子数表示核外电子的运动状态?

6个电子由能量从低到高,或直观说从核心到边缘分别是1s2, 2s2, 2p2。 第一个数1或2是主量子数n,代表电子能量高低,假设真空自由电子总动能和势能为0,则束缚在原子核附近的电子能量就是负值,1最低,比如-13.6eV,2次之,比如 -3.7 eV,3更高,比如-1.4eV,不同数相差比较大。主量子数使电子云呈现明显壳层状,理论上n可以无限大,低能态时最大的n代表一个原子在元素周期表的第几周期,比如C就在第2周期。 第二个s p以及d f是角动量量子数l,l取值从0到n-1,一般考虑前4个记为spdf,即s表示l=0,p表示l=1,代表电子角动量,同n不同l,比如2s和2p电子能量略微不同,所以spdf也称为亚层,理论上亚层数等于主量子数。 磁量子数m,取值-l到+l,共2l+1个,表示电子云的形态,比如s是球形的,p有3个分量px py pz分别沿坐标轴呈八字椭球状,d有5个分量,表示同一主能量下电子云可以有5种拓展形态,f有7个分量。 最后的数2代表电子的两种自旋态,可以理解为一种是顺时针,一种是逆时针的,因此,这四个量子数,再加上同一量子态只能容纳一个电子,电子优先填充低能态,就可以把原子核外电子排布情况说清楚了。 对C来说,核外第一层1s是球状电子云,容纳2个自旋相反的电子;第二层有两个亚层,2s是球状电子云,含2个自旋相反电子,2p有三个电子云拓展方向px py 和pz,可容纳6个电子,但只剩2个电子了,所以有4个空的,C的化合价一般是4价。第三层以上,低能态下都是空的。电子从不同层间跃迁,便伴随着光子的发射和吸收。

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