Kvantumkémia
A kvantumkémiában az atompályák megkülönböztetésére, illetve azonosítására a kvantumszámokat használjuk. A kvantumszámok nem abszolút értelemben vett számok; energiaállapotot, helyzetet fejeznek ki.
Minden atompályát három kvantumszám jellemez:
- főkvantumszám: Az atompálya méretét jellemzi. Jele: n. Az elektron energiája és atommagtól mért távolsága egyedül a főkvantumszámtól függ. Értékének elméletileg nincs felső határa: 1, 2,... Az azonos főkvantumszámú elektronok azonos elektronhéjat alkotnak.
- mellékkvantumszám: az impulzusmomentum kvantumszáma; az atompálya alakját jellemzi. A keringő elektron impulzusmomentumát az l kvantumszám, határozza meg; az impulzusmomentum négyzetére a következő összefüggés érvényes: J2 = h2l(l+1). Minden energiaállapothoz különböző impulzusmomentum-állapotok tartozhatnak, de úgy hogy mindig teljesül az l<n feltétel; az n=1 alapállapothoz tehát csak az l=0 impulzusmomentum-állapot tartozhat. Értékei: 0, 1, 2, …, n-1. Más jelölés, ha l=0 akkor s pályáról, ha l=1, akkor p pályáról, ha l=2 akkor d pályáról, ha l=3 akkor f pályáról beszélünk. Az s állapotú elektronok tartózkodási valószínűsége gömbszimmetrikus. A p állapotú elektronok tartózkodási valószínűsége a térbeli koordinátarendszer irányába mutat maximumot, ezért tengely- vagy súlyzószimmetriájú.
- mágneses kvantumszám: ha az atom mágneses térbe kerül, akkor az atompálya alakját és méretét a fő-, a mellék-, és a mágneses kvantumszám együttesen jellemzi. Az atommag előterében mozgó elektronok hatását elektromos áramkörhöz hasonlítjuk, és ennek megfelelően mágneses momentumuk van. Jele: m. A mágneses kvantumszám a teljes impulzusmomentumnak egy mágneses tér által kijelölt irányra vonatkozó összetevőjét adja meg. Az n főkvantumszám és az l mellékkvantumszám által meghatározott állapotban a mágneses kvantumszám az alábbi értékeket veheti fel: m = -l ... -2, -1, 0, 1, 2 ... l. Az m mágneses kvantumszám értékének kisebbnek, vagy egyenlőnek kell lennie az l mellékkvantumszám abszolútértékével.
- spinkvantumszám: az elektron jellemzésére az előbbi három kvantumszámon kívül még a spinkvantumszámot is használjuk, amely az elektron mágneses tulajdonságát fejezi ki. Jele: s, értéke: +1/2 és –1/2.
- spinvetület kvantumszáma: egy kitüntetett irányban az ms spinvetület kvantumszáma +1/2 vagy -1/2 lehet. Az atomban lévő elektron állapotát ezekkel a kvantumszámokkal is jellemezzük; az impulzusmomentum kvantumszámának különböző értékeit betűkkel jelöljük: s-sel jelöljük az l=0, p-vel az l=1, d-vel, f-fel, g-vel, h-val az l=2;3;4; értékeket. A 2p1 állapot így arra utal, hogy az elektron hulláfüggvényét az n=2, l=1, m=1 kvantumszámok határozzák meg. Az azonos főkvantumszámú állapotok energiája megegyezik; például a 2s0, 2p0, 2p1 azonos energiájú állapotok. Az n főkvantumszámú energiaszintek n2-szeresen elfajultak.
cellás ábrázolás
| Elektronhéj | fő k.sz. | mellék k. sz. | mágneses kvantumszám | spin kvantumszám | elektron- szám |
Alhéj | Atom- pályák |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 |
-1, 0, +1 |
-1/2,+1/2 -1/2,+1/2 -1/2,+1/2 |
6 |
2p |
3 | ||
1 2 |
-1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 |
3 (-1/2, +1/2) 5 (-1/2, +1/2) |
6 10 |
3p 3d |
3 5 | ||
1 2 3 |
-1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 |
3 (-1/2, +1/2) 5 (-1/2, +1/2) 7 (-1/2, +1/2) |
6 10 14 |
4p 4d 4f |
3 5 7 | ||
1 2 3 4 |
-1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 |
3 (-1/2, +1/2) 5 (-1/2, +1/2) 7 (-1/2, +1/2) 9 (-1/2, +1/2) |
6 10 14 18 |
5p 5d 5f 5g |
3 5 7 9 | ||
1 2 3 4 5 |
-1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 -5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 |
3 (-1/2, +1/2) 5 (-1/2, +1/2) 7 (-1/2, +1/2) 9 (-1/2, +1/2) 11 (-1/2, +1/2) |
6 10 14 18 22 |
6p 6d 6f 6g 6h |
3 5 7 9 11 |