如何通俗理解量子數,如何通俗理解四個量子數

2021-03-19 18:19:50 字數 4822 閱讀 8083

1樓:匿名使用者

n、l、ml、ms 主量子數,角量子數,磁量子數,自旋量子數還有什麼不懂的問題就問我吧

舉例說明四個量子數的物理意義及其相互取值的關係,如何用量子數表示核外電子的運動狀態

2樓:匿名使用者

1、電子層數是根據主量子數決定的(你說的因果關係有顛倒了)。2、主量子數和角量子數決定了電了亞層(你的理解是正確的)。3、磁量子數是根據角量子數確定的:

角量子數表示軌道的取向,取值為:0,±1,±2……±l,即表示有幾個等價軌道,如題中p軌道有3個,這可以從2p6看出。4、自旋量子數ms可以為+1/2,或者-1/2,它表示二種不同的量子化運動。

(1)取值時如果是等價軌道中,只需按洪特規則取相同的自旋方向即可。(2)如果是同一軌道中二個電子取值一定是一個+1/2,一個-1/2

簡單說明四個量子數的物理意義及量子化條件

3樓:匿名使用者

主量子數

描述電子在原子核外運動狀態的4個量子數之一,習慣用符號n表示。它的取值是正整數,n=1,2,3,……主量子數是決定軌道(或電子)能量的主要量子數。對同一元素,軌道能量隨著n的增大而增加。

在週期表中有些元素會發生軌道能量「倒置」現象。

例如,在20號ca元素處,k(19號)的e3d>e4s,不符合n越大軌道能越高的規律。而sc(21號)的e3dn越大,表示電子離核的平均距離也越大。每個電子層所能容納的電子數可按2n2計算。

軌道能雖有區域性倒置現象,但用n+0.7l(l為角量子數)的值作為填充電子次序的規則卻是十分方便和基本正確的。此外,根據n的大小可以**軌道的徑向分佈情況:

即當n、l確定後,軌道應有(n-l)個徑向極值和(n-l-1)個徑向節面(節面上電子雲密度為o)。

對於相同l的軌道來說,n越大,徑向分佈曲線的最高峰離核越遠,但它的次級峰恰可能出現在離核較近處。這就是軌道的「鑽穿」,併產生各軌道間相互滲透的現象。

電子能層為第1(k)、第2(l)、第3(m)、第4(n)、……。氫原子內電子在各能層的能量為:

en=-13.6/n2(ev)

n=1,氫原子內電子在第一能層的能量為-13.6電子伏;n=2,氫原子內電子在第二能層的能量為-3.4電子伏;……;n愈大,能量愈高。

角量子數

角量子數l決定電子空間運動的角動量,以及原子軌道或電子雲的形狀,在多電子原子中與主量子數n共同決定電子能量高低。對於一定的n值,l可取0,1,2,3,4…n-1等共n個值,用光譜學上的符號相應表示為s,p,d,f,g等。

角量子數l表示電子的亞層或能級。一個n值可以有多個l值,如n=3表示第三電子層,l值可有0,1,2,分別表示3s,**,3d亞層,相應的電子分別稱為3s,**,3d電子。

它們的原子軌道和電子雲的形狀分別為球形對稱,啞鈴形和四瓣梅花形,對於多電子原子來說,這三個亞層能量為e3d>e**>e3s,即n值一定時,l值越大,亞層能級越高。在描述多電子原子系統的能量狀態時,需要用n和l兩個量子數。

表示軌道角動量的量子數。角動量用μl表示:

角量子數用l表示,取值為0,1,…,n-1,h為普朗克常數。l值表示原子軌道或電子雲的形狀。l=0,原子軌道或電子雲是球形對稱的;n=2,l=1,電子雲是無把啞鈴形;n=3,l=2,電子雲為花瓣形;l=3的電子雲形狀更為複雜。

光譜學上以 s、p、d、f、…分別表示l=0,1,2,3,…,如n=4,l=0、1、2、3,分別以4s、4p、4d、4f表示。

或者說,l表示同一電子能量中的分層。各分層能量高低的關係如下:l值相同而n值不同,則e1s磁量子數

磁量子數m決定原子軌道(或電子雲)在空間的伸展方向。當l給定時,m的取值為從-l到+l之間的一切整數(包括0 在內),即0,±1,±2,±3,...±l,共有2l+1個取值。

即原子軌道(或電子雲)在空間有2l+1個伸展方向。原子軌道(或電子雲)在空間的每一個伸展方向稱做一個軌道。

例如,l=0時,s電子雲呈球形對稱分佈,沒有方向性。m只能有一個值,即m=0,說明s亞層只有一個軌道為s軌道。當l=1時,m可有-1,0,+1三個取值,說明p電子雲在空間有三種取向,即p亞層中有三個以x,y,z軸為對稱軸的px,py,pz軌道。

當l=2時,m可有五個取值,即d電子雲在空間有五種取向,d亞層中有五個不同伸展方向的d軌道

表示軌道角動量方向量子數沿磁場的分量:

μz=mh/2π

m為磁量子數,取值為0,±1,±2,…,±l,共有2l+1個取值。n=2,l=0,m=0,表明只有一個軌,即2s;n=2,l=1,m=0,±1,表示有三個空間取向不同的軌道,即2px、2py、2pz。無外加磁場時,三個軌道的能量相同;有外加磁場時,因三個軌道在磁場中的取向不同,表現出較小的能量差別,所以某些線狀光譜**成幾條。

自旋量子數

自旋量子數用ms表示。除了量子力學直接給出的描寫原子軌道特徵的三個量子數n、l和m之外,還有一個描述軌道電子特徵的量子數,叫做電子的自旋量子數ms。原子中電子除了以極高速度在核外空間運動之外,也還有自旋運動。

電子有兩種不同方向的自旋,即順時針方向和逆時針方向的自旋。

通常用向上和向下的箭頭來代表,即↑代表正方向自旋電子,↓代表逆方向自旋電子。

決定電子自旋運動的角動量沿著磁場的分量:

μs=msh/2π

ms為自旋量子數,取值為±1/2,表明一個軌道上最多隻能容納自旋反向的兩個電子。

重要意義

量子數描述量子系統中動力學上各守恆數的值。它們通常按性質地描述原子中電子的各能量,但也會描述其他物理量(如角動量、自旋等)。由於任何量子系統都能有一個或以上的量子數,列出所有可能的量子數是件沒有意義的工作。

每一個系統都必需要對系統進行全面分析。任何系統的動力學都由一量子哈密頓算符,h,所描述。系統中有一量子數對應能量,即哈密頓算符的特徵值。

對每一個算符o而言,還有一個量子數可與哈密頓算符交換(即滿足oh=ho這條關係式)。

這些是一個系統中所能有的所有量子數。注意定義量子數的算符o應互相獨立。很多時候,能有好幾種選擇一組互相獨立算符的方法。

故此,在不同的條件下,可使用不同的量子陣列來描述同一個系統。

最被廣為研究的量子陣列是用於一原子的單個電子:不只是因為它在化學中有用(它是週期表、化合價及其他一系列特性的基本概念),還因為它是一個可解的真實問題,故廣為教科書所採用。

在非相對論性量子力學中,這個系統的哈密頓算符由電子的動能及勢能(由電子及原子核間的庫侖力所產生)。動能可被分成,有環繞原子核的電子角動量,j的一份,及餘下的一份。由於勢能是球狀對稱的關係,其完整的哈密頓算符能與j2交換。

而j2本身能與角動量的任一分量(按慣例使用jz)交換。

擴充套件資料

理論建立

量子物理學是研究微觀粒子運動規律的學科,是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。

量子理論的突破首先出現在黑體輻射能量密度隨頻率的分佈規律上。2023年10月,由於普朗克解釋黑體輻射現象,將維恩定律加以改良,又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋,得出了一個與實驗資料完全吻合普朗克公式來描述黑體輻射。

普朗克提出能與觀測結果很好地符合的簡單公式,實驗物理學家相信其中必定蘊藏著一個尚未被揭示出來的科學原理。

普朗克發現,如作如下假定則可從理論上匯出其黑體輻射公式:對於一定頻率ν的輻射,物體只能以hν為能量單位吸收或發射它,h稱之為普朗克常數。換言之,物體吸收或發射電磁輻射,只能以量子的方式進行,每個量子的能量為e=hν,稱為作用量子。

從經典力學來看,能量不連續的概念是絕對不允許的。但是在詮釋這個公式時,通過將物體中的原子看作微小的量子諧振子,不得不假設這些量子諧振子的總能量不是連續的,即總能量只能是離散的數值(經典物理學的觀點恰好相反)。

普朗克進一步假設單獨量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的,這一觀點嚴重地衝擊了經典物理學。量子論涉及物質運動形式和運動規律的根本變革。

首先注意到量子假設有可能解決經典物理學所碰到的其他疑難的是愛因斯坦。他試圖用量子假設去說明光電效應中碰到的疑難,提出了光量子概念,認為輻射場就是由光量子組成。每一個光量子的能量e與輻射的頻率ν的關係是e=hν。

採用光量子概念之後,光電效應中出現的疑難隨即迎刃而解。

至此普朗克提出的能量不連續的概念,才逐漸引起物理學家的注意。就這樣,一位謹慎的物理學家普朗克掀起了20世紀初量子物理學革命的帷幕。

4樓:宇筠鋒

量子力學在推導原子中電子的運動狀況時會出現四個量子數。

n是主量子數,它對電子能量的影響通常是最大的。它主要就表示電子距離原子核的「平均距離」的遠近,越遠,n越大,相應的能量也越大。n等於電子繞核一週所對應的物質波的波數——繞核一週有n個波長的電子的物質波。

n可能的取值為所有正整數。

l是軌道量子數,它表示電子繞核運動時角動量的大小,它對電子的能量也有較大的影響。l可能的取值為小於n的所有非負整數。

m是磁量子數,在有外加磁場時,電子的軌道角動量在外磁場的方向上的分量不是連續的,也是量子化的,這個分量的大小就由m來表示。m可能的取值為所有絕對值不大於l的整數。

ms是自旋量子數,它對應著電子的自旋的角動量的大小和方向,它只有正負1/2這兩個數值,這表示電子自旋的大小是固定不變的,且只有兩個方向。

5樓:丨中原一點紅

量子數是由於要描述微觀粒子波粒二象性運動規律的時候引入的概念。

1、 主量子數n規定著電子出現最大概率區域離核的遠近,以及原子能量的高低代表不同電子層(離核遠近、能量高低)可取數值為n=1,2,3,....(任意非零正整數)

2、 角量子數l規定電子在空間角度分佈情況,即與電子雲形狀有關.代表在同一電子層不同電子亞層,可取數值為l=0,1,2,....n-1(n個從零開始的正整數)

3、 磁量子數m反映原子軌道在空間的不同伸展方向,代表在同一電子亞層不同的電子軌道,可取數值為m=+l,...0...-l(從+l經過零到-l的整數)

4、 自旋量子數決定著電子的自旋方式,表示電子兩種不同的運動狀態,可取數值為ms=+1/2或-1/2

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