Otvori glavni izbornik
Kako temperatura pada, vršna vrijednost jakosti zračenja je manja i pomiče se prema većim valnim duljinama. Crna krivulja prikazuje model klasične fizike, Rayleigh-Jeansov model ili "ultraljubičastu katastrofu".
Zbir svih 14 atomskih jednoelektronskih orbitala za najmanja 3 glavna kvantna broja n.
Emisijski spektar natrija koji prikazuje svojstvenu D liniju.
U pojednostavljenom Bohrovom modelu atoma vodika, Balmerova serija nastaje skokom elektrona na drugu energetsku razinu (n = 2). Prikazana je emisija svjetlosti. Prijelaz elektrona prestavlja H-alfa, prvu liniju Balmerove serije, valne duljine 656 nm.

Kvantni broj je broj koji opisuje kvantnomehaničko stacionarno stanje subatomskih čestica, elektrona u atomu i nukleona (protona i elektrona) u atomskoj jezgri. Kvant i kvantni broj u fiziku je uveo M. Planck 1900. kako bi objasnio raspodjelu energije zračenja crnoga tijela i uskladio zakone klasične fizike s pokusima. U modernoj fizici pod pojmom kvantizacije podrazumijeva se prijelaz iz zakonitosti klasične fizike u kvantnu mehaniku. Kvantiziranje gravitacije jedan je od najvećih problema suvremene fizike elementarnih čestica i kozmologije.

Tipično je značenje kvantnih brojeva stanjâ elektrona u atomu sljedeće:

  • glavni kvantni broj n određuje svojstvene vrijednosti energije elektrona,
  • orbitalni kvantni broj l određuje vrijednost kutne količine gibanja elektrona u kvantnim stazama,
  • magnetski kvantni broj m određuje moguće orijentacije kutne količine gibanja u odnosu na os vanjskoga magnetskoga polja,
  • kvantni broj spina s određuje spinsku kutnu količinu gibanja elektrona.

Ukupni broj različitih stanja u atomu za kvantne brojeve n, l i m iznosi (2∙l + 1), a zbog dviju spinskih orijentacija (projekcija) na vanjsku os taj se broj udvostručuje. Stanja elektrona u modelu Fermijeva plina opisana su samo glavnim kvantnim brojem n i s dvije orijentacije spina. Kvanti svjetlosti (fotoni), kao bozoni cjelobrojnoga spina opisani su Bose-Einsteinovom statistikom, a istoj statistici podvrgavaju se i kvanti titranja kristalne rešetke (fonon) kao bozoni nultoga spina. Neutroni i protoni, šire hadroni, uz kvantni broj spina imaju još i kvantni broj izospina. Uz spin i okus (gornji, donji, strani …), kvarkovi nose i kvantni broj jakoga naboja, koji se uobičajeno naziva bojom (crvena, zelena, plava), a antikvarkovi odgovarajuću antiboju. Teorija polja boje u kvantnome obliku poznata je kao kvantna kromodinamika. [1]

Kvantni brojevi elektronaUredi

Atom atomskog broja Z ima Z broj elektrona. Elektroni u njemu zauzimaju neko energijsko stanje. Atom tada nije pobuđen i nalazi se u svom osnovnom stanju. Iz toga proizilazi da svaki kemijski element ima karakterističan spektar koji se objašnjava pomoću energijskih razina ili stacionarnih stanja atoma, molekula i jezgara. Sustavi tako mogu emitirati i apsorbirati elektromagnetsko zračenje točno određenih frekvencija. U slučaju elektrona, on može prelaziti iz stanja više energije u stanje niže energije i obrnuto. Pri tom poprima određenu energijsku razinu u atomu, a kvantni brojevi nam opisuju razmještaj elektrona po mogućim energijskim razinama.

Glavni kvantni brojUredi

Glavni kvantni broj određuje energiju pojedine skupine bliskih energija i može imati vrijednosti cijelih brojeva:

 

U kemiji se taj niz energijskih razina određuje energetske nivoe elektronske ljuske (putanje, orbite prema Bohrovom modelu atoma) i označavaju se s K, L, M, N,...

Orbitalni kvantni broj (naziva se i azimutalni kvantni broj)Uredi

 Podrobniji članak o temi: Azimutalni kvantni broj

Orbitalni kvantni broj l određuje veličinu kutne količine gibanja elektrona u atomu koju označavamo s L (zamah). Veličina L i l su povezane jednadžbom:

 

Vrijednosti l su:

 
 

gdje je: h - Planckovu konstantu. Često se orbitalni kvantni broj naziva podljuskom ili orbitalom i označava slovima s, p, d, f,... prema izgledu spektralnih linija.

l = 0 → s sharp (oštra)
l = 1 → p principal (glavna)
l = 2 → d diffuse (raspršena)
l = 3 → f fundamental (osnovna)

Magnetni orbitalni kvantni brojUredi

Magnetni orbitalni kvantni broj po apsolutnoj vrijednosti ne može biti veći od orbitalnog kvantnog broja, |ml| ≤ l. Poprima vrijednosti:

 

Dakle, svakom paru brojeva n i l odgovara (2∙n + 1) različitih vrijednosti kvantnog broja ml. U vanjskom magnetnom polju u smjeru odabrane osi, primjerice z – osi, projekcija zamaha L je također kvantizirana i ima vrijednost Lz = ml∙ћ.

Magnetski spinski kvantni brojUredi

 Podrobniji članak o temi: Spin

Spinom se opisuje vlastito svojstvo elektrona nešto slično vrtnji elektrona oko vlastite osi, po čemu je i odabran naziv tog kvantnog broja. Može poprimiti samo dvije vrijednosti: ms = −1/2 ili +1/2. Komponenta spina u smjeru magnetskog polja je msћ: −1/2∙ћ ili +1/2∙ћ. Vlastiti zamah S = ћ∙[s∙(s+1)]∙1/2, a u smjeru magnetskog polja Sz = ms∙ћ. Spin je svojstvo čestica, i čestice polucjelbrojnoga spina nazivamo fermionima, a cjelobrojnog bozonima.

Pravila za vrijednosti n, l, ml dobivaju se rješavanjem Schrödingerove jednadžbe, a pravilo za ms dobijemo uključivanjem relativističkih učinaka u kvantnu fiziku.

ime simbol značenje raspon veličina primjer veličine
glavni kvantni broj   ljuska    
orbitalni kvantni broj   podljuska   za  :
 
magnetni orbitalni kvantni broj   pomak energije   za  :
 
magnetni spinski kvantni broj   spin   uvijek samo:  

Na primjer, kvantni brojevi vanjskog valentnog elektrona atoma fluora koji je smješten u atomskoj orbitali 2p su: n = 2, l = 1, ml = 1, ili 0, ili −1, ms = −1/2 ili 1/2.

IzvoriUredi

  1. kvantni broj, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.