Главное квантовое число как основной показатель состояния электрона

Одно из важнейших мест в научном восприятии современного мира занимает так называемая квантовая теория. В основе ее лежит положение, что энергию, скрытую в электроне, можно просчитать, так как ее величина может принимать только определенные значения. При этом важнейшим следствием такого состояния вещей является вывод о том, что состояние электрона в тот или иной момент времени можно описать совокупностью количественных показателей - квантовыми числами.

Видео: 175 Механика Статика Задача 172

Важнейшее значение в данной теории имеет главное квантовое число. Этим термином в современной физике принято называть количественный показатель, в соответствии с которым данное состояние электрона относят к определенному энергетическому уровню. Энергетический уровень, в свою очередь, это набор орбиталей, разница по значению энергии между которыми крайне незначительна.

Видео: 81 Механика Вращательное движение Задача 79

Как следует из данного положения, главное квантовое число может равняться одному из положительных натуральных чисел. При этом принципиальное значение имеет другой факт. Ведь в случае перехода электрона на иной энергетический уровень главное квантовое число в обязательном порядке поменяет свое значение. Здесь вполне уместно провести параллель с моделью Нильса Бора, где происходит переход элементарной частицы с одной орбиты на другую, в результате чего выделяется или поглощается определенное количество энергии.

Главное квантовое число самым непосредственным образом связано с орбитальным квантовым числом. Все дело в том, что любой энергетический уровень неоднороден по своей природе и включает в себя сразу несколько орбиталей. Те из них, что обладают одинаковым энергетическим значением, образуют отдельный подуровень. Чтобы выяснить, к какому подуровню относится та или иная орбиталь, и применяют понятие "орбитальное квантовое число". Для его вычисления необходимо от главного квантового числа отнять единицу. Тогда все натуральные числа от нуля до этого показателя и будут составлять орбитальное квантовое число.

Важнейшей функцией этой количественной характеристики является то, что с ее помощью не только происходит соотнесение электрона с тем или иным подуровнем, но и характеризуется траектория движения данной элементарной частицы. Отсюда, кстати, и буквенное обозначение орбиталей, которые известны еще из школьного курса химии: s, d, p, g, f.

Еще одной важнейшей характеристикой положения электрона является магнитное квантовое число. Его основной физический смысл состоит в том, чтобы можно охарактеризовать проекцию момента импульса по отношению к направлению, совпадающему с направлением магнитного поля. Другими словами, оно необходимо для того, чтобы отличать электроны, что занимают орбитали, квантовое число которых одинаково.

Видео: 539 Электричество и магнетизм Закон Кулона Задача 564

Магнитное квантовое число может варьироваться в пределах 2l+1, где l – это количественная характеристика орбитального квантового числа. Кроме того, выделяют еще и магнитное спиновое число, которое необходимо для того, чтобы охарактеризовать квантовое свойство элементарной частицы в чистом виде. Спин – это ни что иное, как момент количества движения, который можно сравнить с вращением электрона вокруг своей собственной воображаемой оси.