形状、サイズ、および空間内の空間的方向に基づいて、原子内の異なる軌道を識別することができます。原子は、形状、サイズ、および空間的方向によって互いに区別される膨大な数の軌道で構成されています。電子の軌道特性は、電子の状態を完全に定義するために使用され、主量子数、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数の 3 つの数値で表されます。
原子の量子数は、その中に存在する多数の原子軌道と電子を指定および区別する一連の数字です。量子数は、原子内のすべての電子に関する完全な情報を取得するために使用できる 4 つの数値のセットであり、エネルギー、位置、空間、占有されている軌道の種類、さらにはその軌道の向きも含まれます。これらの数値を使用して、原子内のすべての電子に関する情報を取得できます。これには、エネルギー、位置、空間、占有されている軌道の種類、さらにはその軌道の向きも含まれます。
量子数の種類
磁気量子数は、周囲に磁場を持つ数です。
磁気量子数は、サブシェル内で利用可能なエネルギー レベルを表し、定義された回転軸に沿った軌道角運動量の投影を計算するために使用されます。 s サブシェル (l =0) には軌道が 1 つしかないため、s サブシェルの電子の ml は常にゼロです。 p サブシェル (l =1) は 3 つの軌道 (一部のシステムでは 3 つの「ダンベル型」の雲として示されます) で構成されるため、p サブシェルの電子の ml は次の値のいずれかになります:-1、0、または 1. 合計 5 つの軌道が d サブシェル (l =2) 内に含まれ、ml 値は -2、-1、0、1、および 2 の範囲です。ml 量子数の値は、軌道の回転軸。
主量子数
量子力学では、主量子数 (PQN) は原子の初期量子数またはエネルギー レベルとして定義され、電子殻または原子のエネルギー レベルを表します。 n は、1 を除いて、原子の最も外側の電子を囲むシェルまでの任意の値を持つことができます。たとえば、セシウム (Cs) の電子は、1 から 6 の範囲の n 値を持ちます。最も外側の価電子はエネルギー準位 6 の殻にあり、セシウムの電子は 1 から 6 の間の任意の値を持つことができます。シュレディンガー方程式によれば、時間に依存しないポテンシャルの粒子については、ハミルトニアンの n 番目の固有値 ( H) 関数 (すなわち、角運動量による寄与を伴うエネルギー E、J2 を含む項は省略)。結果として、この値は電子と核の間の距離にのみ依存し、他には何も依存しません (つまり、動径座標 r)。 n が大きくなると、2 つの量子状態間の平均距離が大きくなるため、主量子数が異なる状態は別々の殻に属すると見なされます。
方位量子数
方位量子数は、方位角を表す数値です。角度量子数または軌道量子数とも呼ばれる 2 番目の量子数は、サブシェルを特徴付け、1 番目と 2 番目の量子数の間の関係を通じて軌道角運動量の大きさを提供します。化学と分光法では、s 軌道は文字 s、p 軌道は文字 p、d 軌道は文字 d、f 軌道は文字 f で表されます。最初の p 軌道 (l =1) が 2 番目の電子殻 (n =2) にあるという事実の結果として、最初の d 軌道 (l =2) は 3 番目の電子殻 (n =3) にあります。など、l の値は 0 から n-1 まで変化します。この量子数は、原子軌道の形状を記述し、化学結合と結合角の強度に大きな影響を与えるため、化学において非常に重要です。
スピン射影量子数は、計算できる数です。
その軌道内の電子のスピン (固有角運動量) は、軌道のスピンの特定の軸に沿ったスピン角運動量 (s) の射影を与える 4 番目の量子数によって記述されます。同様のパターンが ms の値にも見られます。値は -s から s までの範囲です。ここで、s はスピン量子数であり、粒子固有の特徴です。電子は s =1/2 のスピンを持っているため、電子の磁化率は ms になり、これはスピンと反対のスピンに対応します。パウリの排他原理により、特定の軌道の各電子は、その軌道の他の電子とは異なるスピンを持っている必要があります。その結果、軌道に 2 つ以上の電子を含めることはできません。
結論
原子は、形状、サイズ、および空間的方向によって互いに区別される膨大な数の軌道で構成されています。量子数は、原子内のすべての電子に関する完全な情報を取得するために使用できる 4 つの数のセットです。 n は、原子の最も外側の電子を囲むシェルまで、任意の値を持つことができます。セシウムの電子は、1 から 6 の範囲の n 値を持っています。n が増加すると、2 つの量子状態間の平均距離が増加します。
軌道のスピン (固有角運動量) は、4 番目の量子数によって記述されます。この量子数は、原子軌道のジオメトリを表します。化学結合の強さと結合角に大きな影響を与えます。スピンは粒子固有の特徴です。
