Ква́нтове число́ — індекс, який приписується стану квантової системи для його ідентифікації. Здебільшого квантові числа мають додаткове фізичне значення. Фізичний стан може характеризуватися не одним, а кількома квантовими числами. Натуральне число, що характеризує певний стан квантової системи: енергію, форму або орієнтацію орбіталі, спін частинки. Може бути додатним або від'ємним, цілим або напівцілим числом (у випадку спіну).

Класифікація Стан електронів у елементарному атомі водню визначається чотирма квантовими числами: Головним (n), що дорівнює кількості енергетичних рівнів в атомі, вказує на можливості запасти енергію. Можливі 7 енергетичних рівнів, від 1 до 7. Співвідноситься з періодом у таблиці хімічних елементів. Орбітальним (l), що вказує на кількість можливих енергетичних підрівнів і форму електронних орбіталей. l=0, 1, 2, ... (n-1). Можливі 5 форм орбіталей: s, p, d, f, g. Магнітним (m), що вказує на кількість енергетичних комірок на кожному енергетичному підрівні. m=-l, ... 0, ... +l; m=2l+l Спіновим (s), що вказує на внутрішню симетрію електронів в кожній комірці (напрямок обертання). Може приймати значення +1/2 та -1/2.

У кристалічному твердому тілі одноелектронні стани характеризуються такими квантовими числами: номером зони квазіімпульсом спіном

Приклади

Електронні хмарки в атомах мають різний вигляд залежно від квантових чисел, яки характеризують кожен електрон. Так, в незв'язаному атомі вуглецю (а аморфному стані) два внутрішніх електрона мають квантові числа 1s2 та утворюють рожеві кругові орбіталі з атомним остовом (He). А чотири зовнішні електрони мають квантові числа 2s, 2p-1, 2p0, 2p+1 та утворюють витягнуті еліпси зеленого кольору. В атомі кремнію квантові числа поводяться аналогічно. А саме, десять внутрішніх електронів мають квантові числа 1s2, 2s2, 2p6 та утворюють кругові орбіталі з атомним остовом (Ne) рожевого кольору (відповідно до шкали щільностей). А чотири зовнішні електрони мають квантові числа 3s, 3p-1, 3p0, 3p+1 та утворюють витягнуті еліпси зеленого кольору. Кругові внутрішні орбіталі та витягнуті еліптичні орбіталі зовнішніх електронів відповідають еліптичній теорії Н. Бора.

Правила відбору і закони збереження У фізичних процесах квантові системи переходять із одного стану в інший. При цьому квантові числа змінюються. Проте, існують обмеження на зміну квантових чисел, які в атомній фізиці називають правилами відбору.

Відповідно, елементарні частинки у фізиці елементарних частинок характеризують певними квантовими числами: парністю, ароматами тощо. Обмеження на зміни цих квантових чисел у різноманітних процесах накладають закони збереження.

Див. також Стаціонарне рівняння Шредінгера Власне значення Азимутальне квантове число Повне квантове число

Посилання

Джерела

Примітки