Kvantinė fizika: Kvantiniai skaičiai
Šiame straipsnyje labiau gilinsimės į matematinę kvantinės fizikos esmę, todėl po truputį turėtų aiškėti loginis ryšys tarp visų paradoksalių kvantinių reiškinių. Viena iš fundamentalių kvantinės fizikos sąvokų yra kvantiniai skaičiai. Tai tam tikri dydžiai aprašantys dalelę. Iš viso kvantinių skaičių yra 4, todėl pradėsime nuo pradžių.
Pirmasis kvantinis skaičius yra vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. Jis žymimas raide n ir gali įgyti reikšmes 1,2,3,4… (tik natūralieji skaičiai), makslimali n reikšmė 18. Jis parodo, kurioje atomo orbitalėje yra elektronas (1- arčiausiai branduolio, 18- toliausiai). Apie atomo orbitales visi esame girdėje iš chemijos pamokų. Pvz. Vandenilis, turintis tik 1 elektroną, turi ir vieną orbitalę, daugiausiai (t.y. 18) orbitalių turi paskutinės grupės (inertinių dujų) elementai, žinoma jie turi ir daugiausiai elektronų. Šis skaičius labai svarbus tiek chemijoje tiek fizikoje, nes nurodo elektrono energiją (kuo jis didesnis, tuo ir dalelės energija didesnė). Reikia pastebėti, kad elektronai visada stengiasi įgyti mažiausią energiją, taigi vos gavę jos pertėklių išspinduliuoja ją fotono pavidalu ir šoka į žemesnę orbitalę. Mažiausios energijos lygmuo (ang, ground state), suprantama, yra pirmoje orbitalėje (n=1), ten elektronai ir stengiasi patekti, tačiau vienu metu joje gali egzistuoti tik 2 elektronai (šio reiškinio priežastys bus aiškinamos kitame straipsnyje).
Antrasis kvantinis skaičius vadinamas šalutiniu kvantiniu ir yra žymimas raide l skaičiumi jis gali įgyti reikšmes 1,2,3,4…n-1, jis apibūdina dalelės kampinį momentą (iš fizikos žinome, kad jis lygus radius vektoriaus ir tiesinio momento vektorinei sandaugai). Jis ypač svarbus chemijos mokslui, nes lemia elektrono debesies formą (kaip atsimenate, elektronas nėra mažas kamuoliukas, o tikimybinė banga, todėl aplink atoma susidaro tarsi debesėlis, kur jis tankesnis, ten didesnė galimybė rasti dalelę), todėl daro didelę įtaką cheminiams ryšiams (jų stipriui ir pan.).
Trečiasis kvantinis skaičius yra magnetinis kvantinis skaičius, jis žymimas raide m ir gali įgauti reikšmes -l
Ketvirtasis kvantinis skaičius vadinamas sukiniu (ang. Spin) ir žymimas raide S. Jis ypač svarbus (drįstu teigti, kad pats svarbiausias kvantinis skaičius). Tai tokia pat fundamentali dalelės savybė kaip ir masė, todėl kažkokio fizikinio paaiškinimo neturi. Patogumo dėlei taikoma analogija su paprastu mechanikos sukamuoju judėjimu (tarsi elektronas būtų kamuoliukas ir suktusi prieš ar pagal laikrodžio rodyklę). Sukinys gali turėti 2 kryptis viršun arba apačion, jis įgija sveikasias reikšmes -S…-3,-2,-1,0,1,2,3…S arba trupmenines reikšmes …-2/3,-1/2…1/2…2/3…. Minusas parodo kad sukinys nukreiptas apačion. Sukinys ypač svarbus, nes yra daug dėsnių susijusių su juo. Svarbu žinoti, kad visi leptonai (materijos dalelės, kaip kvarkai, elektronai ir t.t.) turi trupmeninį sukinį. Elektronas visada turi sukinį 1/2 arba -1/2, o bozonai (sąveikų mediatoriai, kaip fotonas, ir t.t.) sveikąjį. Pvz. Fotonas turi sukinį lygų 0, gravitonas 2.
Apibendrinus, kvantiniai skaičiai yra santikiniai kvantizuotų fizikinių kintamųjų (tokių kaip judėsio kiekio momento, energijos, kampinio momento) dyžiai. Pavyzdžiui n (pagrindinis kvantinis skaičius), parodo atomo orbitalę (taigi elektrono energiją). Iš senesnių straipsnių žinome, kad elektronas gali įgyti tik diskrečias energijos vertes (negali egzistuoti tarp orbitų). Elektrono skriejančio aplink atomą energija aprašoma formule E=E1/n^2=-13.6eV/n^2, taigi ji gali įgyti tik tam tikras vertes kaip ir kitos savybės.
Kaip jau minėjau, pirmieji 3 kvantiniai skaičiai lemia elektronų debesies formą, čia matome iliustraciją rodančią elektronų debesis esant tam tikroms kvantinių skaičių reikšmėms.
Loading ...
Sveiki… kiek pastebejau mano straipsniai nera itin populiarus todel noreciau lyg ir peticija surengti. Ar man verta juos rasyti ir ar yra skaitanciu? 🙂
Verta rasyti, as domiuosi kvantine fizika, visus perskaiciau tavo straipsnius. Gali dar rasyti:)
Visus tavo straipsnius perskaiciau ir laukiu daugiau su nekantrumu.Xpoint ar verta del keliu skaitytoju rasyti,spresti tau bet mano manymu tai verta!
Noriu zinoti.
Tau rašyti verta, tai yra pakankamai svarbios temos, kad žmonės susipažintų su jomis. Senokai jau laukiu naujų straipsnių.
Laukiu laukiu nesulaukiu. Ar zinios baigesi ar laiko nera? Gaila kad anglu kalba
man problema o i lietuviu niekas nevercia. O kad straipsni visa parasytu visai reta, kalbu apie mokslini o ne info.
Superinis straipsnis. Tik gaila kad naujų nėra…
Tavo straipsniai yra būtent tai ko šiam portalui trūksta.