Квантавыя лікі і іх фізічны сэнс

Шмат што ў квантавай механіцы застаецца за мяжой разумення, шмат што здаецца фантастычным. Тое ж адносіцца і да квантавым лікаў, прырода якіх загадкавая і сёння. У артыкуле распавядаецца пра паняцце, відах і агульных прынцыпах працы з імі.

агульная характарыстыка

Цэлыя або полуцелые квантавыя колькасці ў фізічных велічынь вызначаюць разнастайныя дыскрэтныя значэння, якія характарызуюць сістэмы квантаў (малекулу, атам, ядро) і элементарныя часціцы. Іх ужыванне цесным чынам звязана з існаваннем пастаяннай Планка. Дыскрэтнасць, якія праходзяць у мікрасвеце працэсаў, адлюстроўваюць квантавыя лікі і іх фізічны сэнс. Упершыню іх ўвялі для таго, каб апісаць заканамернасці спектраў атама. Але фізічны сэнс і дыскрэтнасць асобных велічынь былі раскрыты толькі ў квантавай механіцы.
Набор, які вызначае вычарпальна стан гэтай сістэмы, атрымаў назву поўнага. Усе стану, якія адказваюць за магчымыя значэнні з такога набору, ўтвараюць поўную сістэму станаў. Квантавыя лікі ў хіміі са ступенямі свабоды электрона вызначаюць яго ў трох прасторавых каардынатах і ўнутранай ступенню свабоды - спінам.

Канфігурацыі электронаў а атамах

У атаме размяшчаюцца ядро і электроны, паміж якімі дзейнічаюць сілы электрастатычнай прыроды. Энергія будзе павялічвацца па меры таго, як памяншаецца адлегласць паміж ядром і электронам. Лічыцца, што патэнцыйная энергія будзе роўная нулю ў выпадку, калі ён выдалены ад ядра бясконца. Такі стан выкарыстоўваецца як пачатак адліку. Такім чынам вызначаецца адносная энергія электрона.

Электронная абалонка, з'яўляецца наборам энергетычных узроўняў. Прыналежнасць да аднаго з іх выражаецца галоўным квантавым лікам n.

галоўнае лік

Яно адносіцца да пэўнага ўзроўню энергіі з наборам арбіталей, у якіх падобныя значэння, якія складаюцца з натуральных лікаў: n = 1, 2, 3, 4, 5 ... Калі электрон пераходзіць з адной на другую прыступку, змяняецца галоўнае квантавы лік. Варта ўлічваць, што не ўсе ўзроўні напоўнены электронамі. Пры запаўненні абалонкі атама, рэалізуецца прынцып найменшай энергіі. Яго стан у гэтым выпадку называюць невозбужденное або асноўным.

арбітальныя колькасці

У кожным узроўні маюцца арбіталь. Тыя з іх, у якіх падобная энергія, ўтвараюць падузровень. Такое аднясенне вырабляецца з дапамогай арбітальнага (ці як яго яшчэ называюць - пабочнага) квантавага ліку l, якое прымае значэння цэлых лікаў ад нуля і да n - 1. Так электрон, які мае галоўнае і арбітальнае квантавыя колькасці n і l, можа раўняцца, пачынаючы l = 0 і заканчваючы l = n - 1.

Гэта паказвае характар руху адпаведных подуровней і ўзроўню энергіі. Пры l = 0 і любым значэнні n, электроннае воблака будзе мець форму сферы. Яе радыус будзе прама прапарцыйны n. Пры l = 1 электроннае воблака прыме форму бясконцасці або васьмёркі. Чым больш значэнне l, тым форма будзе станавіцца складаней, а энергія электрона - ўзрастаць.

магнітныя колькасці

Ml з'яўляецца праекцыяй арбітальнага (пабочнага) моманту імпульсу на тое ці іншае напрамак магнітнага поля. Яно паказвае прасторавую арыентацыю тых арбіталей, у якіх лік l аднолькавае. Ml можа мець розныя значэнні 2l + 1, ад -l да + l.
Іншае магнітнае квантавы лік называецца спінам - ms, які з'яўляецца уласным момантам колькасці руху. Каб зразумець гэта, можна ўявіць кручэнне электрона як бы вакол уласнай восі. Ms можа раўняцца -1/2, +1/2, 1.
Наогул для любога электрона абсалютнае значэнне спіна s = 1/2, а ms азначае яго праекцыю на вось.

Прынцып Паўлі: у атаме не можа знаходзіцца двух электронаў з 4-ма аналагічнымі квантавымі лікамі. Хаця б адно з іх павінна быць выдатным.
Правіла складання формул атамаў.

1. Прынцып мінімальнай энергіі. Па ім спачатку запаўняюцца ўзроўні і подуровней, якія размешчаны бліжэй да ядра, па правілах Клечковского.
2. Становішча элемента паказвае на тое, як размеркаваны электроны па энергетычных ўзроўнях і подуровней:

• нумар супадае з зарадам атама і колькасцю яго электронаў;
• перыядычны нумар адпавядае ліку узроўняў энергіі;
• групавы нумар супадае з колькасцю валентных электронаў у атаме;
• падгрупа паказвае іх размеркаванне.

Элементарныя часціцы і ядра

Квантавыя лікі ў фізіцы элементарных часціц з'яўляюцца іх ўнутранымі характарыстыкамі, якія вызначаюць ўзаемадзеяння і заканамернасці ператварэнняў. Акрамя спіна s, гэта электрычны зарад Q, які ва ўсіх элементарных часціц роўны нулю або цэламу ліку, адмоўнага або станоўчага; барионный зарад У (у частачцы - нуль або адзінка, у антычасцінка - нуль або мінус адзін); лептоны зарады, дзе Le і Lm роўныя нулю, адзінцы, а ў антычасцінка - нуля і мінус адзінцы; изотопический спін з цэлым або полуцелым лікам; дзівацтва S і іншыя. Усе гэтыя квантавыя колькасці прымяняюцца як да элементарных часціцах, так і да атамным ядрам.
У шырокім сэнсе слова іх называюць фізічнымі велічынямі, якія вызначаюць рух часціцы або сістэмы і якія захоўваюцца. Аднак зусім неабавязкова, што яны належаць дыскрэтныя спектру разнастайных значэнняў.