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.
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.
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.
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.