عدد کوانتومی

[POUYA AGIN]

عدد کوانتومی الکترونهای مداری یک اتم، یا اتم‌ها در یک مولکول، بر حسب نوع، چرخش، ارتعاش یا اسپین، مقادیر مختلفی انرژی دارند. بر اساس نظریه کوانتومی، مقدار انرژی چنین ذراتی کوانتیده‌است.یعنی تنها می‌تواند مقادیر معین و مشخصی داشته باشد.هریک از چنین مقادیری برای فرم معین از انرژی به صورت ضریبی از یک کوانتوم هستند که مشخص کننده فرم انرژی مورد بررسی است. این ضریب عدد کوانتومی نامیده می‌شود.

مدل کوانتومی اتم
در سال 1926 اروین شرودینگر فیزیک دان مشهور اتریشی بر مبنای رفتار دوگانه یالکترون و با تاکید بر رفتار موجی آن مدلی برای اتم پیشنهاد داد.وی در این مدل به جای محدود کردن الکترون به یک مدار دایره ای شکل ، ازحضور الکترون در فضای سه بعدی به نام اوربیتال سخن به میان آورد . او پس از انجام محاسبه های بسیار پیچیده ریاضی نتیجه گرفت همان گونه که برای مشخص کردن مکان یک جسم در فضا به سه عدد (طول ، عرض ، ارتفاع ) نیاز است ، برای مشخص کردن هر یک از اوربیتال های یک اتم نیز به چنین داده هایی نیاز داریم . شرودینگر به این منظور از سه عدد n , l , m استفاده کرد که عددهای کوانتومی خوانده می شوند . n که عدد کوانتومی اصلی گفته میشود ، همان عددی است که بور برای مشخص کردن ترازهای انرژی در مدل خود به کار برده بود . در مدل کوانتومی به جای تراز های انرژی از واژه ی لایه های الکترونی استفاده میشود و n تراز انرژی آنها را معین میکند . n=1 پایدارترین لایه ی الکترونی را نشان می دهد و هرچه n بالاتر می رود تراز انرژی لایه ی الکترونی افزایش می یابد . پیرامون هسته اتم حد اکثر هفت لایه ی الکترونی مشاهده شده است .مقادیر مجاز برای عدد کوانتومی اصلی (n) عدد های صحیح مثبت 1،2،3، ... هستند . مشاهده ها نشان داده است که الکترون های موجود در یک لایه ی الکترونی ، گروه های کوچکتری نیز تشکیل میدهند . به هر یک از این گروه ها زیر لایه می گویند . n تعداد زیر لایه های هر لایه هی الکترونی را مشخص می کند . برای مثال در لایه ی الکترونی n=2 دو زیر لایه وجود دارد . زیر لایه ها را باعدد کوانتومی اوربیتالی(l) مشخص می کنند .l میتواند عدد های درست 0 تا n-1 را در بر بگیرد . این مقادیر عددی را معمولا با حروف s (l=0) , p (l=1) , d (l=2) , f (l=3) نشان میدهند.برای مثال در دومین لایه ی الکترونی (n=2) دوزیر لایه ی s و p وجود دارند . افزون براین ها l شکل و تعداد اوربیتال ها راهم مشخص می کند . شکل اوربیتال های موجود درزیرلایه ی s و p به ترتیب کروی و دمبلی است . سومین عددکوانتومی که عدد کوانتومی مغناطیسی (m) گفته میشود ، جهت گیری اوربیتال ها در فضا را مشخص میکند.mهمه عدد های صحیح بین -1 تا+1 را در بر میگیرد . برای مثال اگر l=1 باشد ، برای m مقادیر -1و0و+1 بدست می آید . درهر زیرلایه به تعداد 2l+1 اوربیتال وجود دارد.