Kvantni broj

Kvantni brojevi su bilo koji brojevi iz grupe brojeva koji specifično opisuje kvantno stanje bilo kojeg sistema u kvantnoj mehanici. Pojedini kvantni broj obilježava veličinu očuvanja količine u dinamici kvantnog sistema. Kako bilo koji kvantni sistem može imati jedan ili više kvantnih brojeva beskorisno je nabrajati sve moguće kvantne brojeve. Kvantni su brojevi vrlo dobro opisani na primjeru elektrona u atomu.

 Kvantni brojevi elektrona 

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 hemijski 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 tačno 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 energetskim nivoima.

 Glavni kvantni broj 

Glavni kvantni broj određuje energiju pojedine grupe bliskih energija i može imati vrijednosti:

n = 1, 2, 3, ...

U hemiji se taj niz energijskih razina naziva ljuska i označavaju se s K, L, M, N...

 Orbitalni kvantni broj 

Orbitalni kvantni broj l određuje veličinu ugaone količine kretanja elektrona u atomu koju označavamo s L (zamah). Veličina L i l su povezane jednačinom:

L2 = l(l+1)ћ.

Vrijednosti l su:

l = 0, 1, 2, 3, ...(n - 1)

ћ = h/2π gdje h predstavlja 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 broj 

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

ml = -l, (-l + 1), ... -1, 0, +1,... (l – 1), l

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

 Magnetski spinski kvantni broj ms 

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: −1/2ћ ili +1/2ћ. Vlastiti zamah 
S = ћ[s(s+1)]1/2, a u smjeru magnetskog polja Sz = msћ. Spin je osobina čestica, i čestice polucjelbrojnoga spina nazivamo fermionima, a cjelobrojnog bozonima.

Pravila za vrijednosti n, l, ml dobijaju 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:  

Npr. 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.

 Također pogledajte 
 Elektronska konfiguracija
 Azimutalni kvantni broj
 Vanjski linkovi 
 Kvantni brojevi za atom vodika
 zabilješke sa predavanja o kvantnim brojevima 

Kategorija:Kvantna mehanika
Kategorija:Fizikalne veličine