轨道的主量子数n是什么?
主量子数
描述电子在原子核外运动状态的4个量子数之一,习惯用符号n表示。它的取值是正整数,n=1,2,3,……主量子数是决定轨道(或电子)能量的主要量子数。对同一元素,轨道能量随着n的增大而增加。在周期表中有些元素会发生轨道能量“倒置”现象。
例如,在20号Ca元素处,K(19号)的E3d>E4s,不符合n越大轨道能越高的规律。而Sc(21号)的E3d<E4s。其他如4d/5s,5d/6s,……等也有类似情况。在同一原子内,主量子数相同的轨道,电子出现几率最大的空间范围几乎是相同的,因此把主量子数相同的轨道划为一个电子层,并分别用电子层符号K、L、M、N、O、P对应于n=1,2,3,4,5,6等。
n越大,表示电子离核的平均距离也越大。每个电子层所能容纳的电子数可按2n2计算。轨道能虽有局部倒置现象,但用n+0.7l(l为角量子数)的值作为填充电子次序的规则却是十分方便和基本正确的。此外,根据n的大小可以预测轨道的径向分布情况:即当n、l确定后,轨道应有(n-l)个径向极值和(n-l-1)个径向节面(节面上电子云密度为O)。
对于相同l的轨道来说,n越大,径向分布曲线的最高峰离核越远,但它的次级峰恰可能出现在离核较近处。这就是轨道的“钻穿”,并产生各轨道间相互渗透的现象。
电子能层为第1(K)、第2(L)、第3(M)、第4(N)、……。氢原子内电子在各能层的能量为:
En=-13.6/n2(eV)
n=1,氢原子内电子在第一能层的能量为-13.6电子伏;n=2,氢原子内电子在第二能层的能量为-3.4电子伏;……;n愈大,能量愈高。
角量子数
角量子数l决定电子空间运动的角动量,以及原子轨道或电子云的形状,在多电子原子中与主量子数n共同决定电子能量高低。对于一定的n值,l可取0,1,2,3,4…n-1等共n个值,用光谱学上的符号相应表示为s,p,d,f,g等。
角量子数l表示电子的亚层或能级。一个n值可以有多个l值,如n=3表示第三电子层,l值可有0,1,2,分别表示3s,3p,3d亚层,相应的电子分别称为3s,3p,3d电子。
它们的原子轨道和电子云的形状分别为球形对称,哑铃形和四瓣梅花形,对于多电子原子来说,这三个亚层能量为e3d>e3p>e3s,即n值一定时,l值越大,亚层能级越高。在描述多电子原子系统的能量状态时,需要用n和l两个量子数。
表示轨道角动量的量子数。角动量用Μl表示:
角量子数用l表示,取值为0,1,…,n-1,h为普朗克常数。l值表示原子轨道或电子云的形状。l=0,原子轨道或电子云是球形对称的;n=2,l=1,电子云是无把哑铃形;n=3,l=2,电子云为花瓣形;l=3的电子云形状更为复杂。光谱学上以 s、p、d、f、…分别表示l=0,1,2,3,…,如n=4,l=0、1、2、3,分别以4s、4p、4d、4f表示。
或者说,l表示同一电子能量中的分层。各分层能量高低的关系如下:l值相同而n值不同,则E1S<E2S<E3S;即亚层相同时,n值越大能量越高,也就是说电子层距离原子核越远能量越高,n值相同而l值不同,则E4S<E4P<E4d<E4f,即同处一个电子层中,l值越大能量越大。从能量角度看,一个分层代表一个能级。
磁量子数
磁量子数m决定原子轨道(或电子云)在空间的伸展方向。当l给定时,m的取值为从-l到+l之间的一切整数(包括0 在内),即0,±1,±2,±3,...±l,共有2l+1个取值。即原子轨道(或电子云)在空间有2l+1个伸展方向。原子轨道(或电子云)在空间的每一个伸展方向称做一个轨道。
例如,l=0时,s电子云呈球形对称分布,没有方向性。m只能有一个值,即m=0,说明s亚层只有一个轨道为s轨道。当l=1时,m可有-1,0,+1三个取值,说明p电子云在空间有三种取向,即p亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的px,py,pz轨道。当l=2时,m可有五个取值,即d电子云在空间有五种取向,d亚层中有五个不同伸展方向的d轨道
表示轨道角动量方向量子数沿磁场的分量:
Μz=mh/2π
m为磁量子数,取值为0,±1,±2,…,±l,共有2l+1个取值。n=2,l=0,m=0,表明只有一个轨,即2s;n=2,l=1,m=0,±1,表示有三个空间取向不同的轨道,即2px、2py、2pz。无外加磁场时,三个轨道的能量相同;有外加磁场时,因三个轨道在磁场中的取向不同,表现出较小的能量差别,所以某些线状光谱分裂成几条。
自旋量子数
自旋量子数用ms表示。除了量子力学直接给出的描写原子轨道特征的三个量子数n、l和m之外,还有一个描述轨道电子特征的量子数,叫做电子的自旋量子数ms。原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外,也还有自旋运动。电子有两种不同方向的自旋,即顺时针方向和逆时针方向的自旋。
通常用向上和向下的箭头来代表,即↑代表正方向自旋电子,↓代表逆方向自旋电子。
决定电子自旋运动的角动量沿着磁场的分量:
Μs=msh/2π
ms为自旋量子数,取值为±1/2,表明一个轨道上最多只能容纳自旋反向的两个电子。
重要意义
量子数描述量子系统中动力学上各守恒数的值。它们通常按性质地描述原子中电子的各能量,但也会描述其他物理量(如角动量、自旋等)。由于任何量子系统都能有一个或以上的量子数,列出所有可能的量子数是件没有意义的工作。
每一个系统都必需要对系统进行全面分析。任何系统的动力学都由一量子哈密顿算符,H,所描述。系统中有一量子数对应能量,即哈密顿算符的特征值。对每一个算符O而言,还有一个量子数可与哈密顿算符交换(即满足OH=HO这条关系式)。
这些是一个系统中所能有的所有量子数。注意定义量子数的算符O应互相独立。很多时候,能有好几种选择一组互相独立算符的方法。故此,在不同的条件下,可使用不同的量子数组来描述同一个系统。
最被广为研究的量子数组是用于一原子的单个电子:不只是因为它在化学中有用(它是周期表、化合价及其他一系列特性的基本概念),还因为它是一个可解的真实问题,故广为教科书所采用。
在非相对论性量子力学中,这个系统的哈密顿算符由电子的动能及势能(由电子及原子核间的库仑力所产生)。动能可被分成,有环绕原子核的电子角动量,J的一份,及余下的一份。由于势能是球状对称的关系,其完整的哈密顿算符能与J2交换。而J2本身能与角动量的任一分量(按惯例使用Jz)交换。
扩展资料
理论建立
量子物理学是研究微观粒子运动规律的学科,是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论。
量子理论的突破首先出现在黑体辐射能量密度随频率的分布规律上。1900年10月,由于普朗克解释黑体辐射现象,将维恩定律加以改良,又将玻尔兹曼熵公式重新诠释,得出了一个与实验数据完全吻合普朗克公式来描述黑体辐射。
普朗克提出能与观测结果很好地符合的简单公式,实验物理学家相信其中必定蕴藏着一个尚未被揭示出来的科学原理。
普朗克发现,如作如下假定则可从理论上导出其黑体辐射公式:对于一定频率ν的辐射,物体只能以hν为能量单位吸收或发射它,h称之为普朗克常数。换言之,物体吸收或发射电磁辐射,只能以量子的方式进行,每个量子的能量为E=hν,称为作用量子。
从经典力学来看,能量不连续的概念是绝对不允许的。但是在诠释这个公式时,通过将物体中的原子看作微小的量子谐振子,不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的,即总能量只能是离散的数值(经典物理学的观点恰好相反)。
普朗克进一步假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是量子化的,这一观点严重地冲击了经典物理学。量子论涉及物质运动形式和运动规律的根本变革。
首先注意到量子假设有可能解决经典物理学所碰到的其他疑难的是爱因斯坦。他试图用量子假设去说明光电效应中碰到的疑难,提出了光量子概念,认为辐射场就是由光量子组成。每一个光量子的能量E与辐射的频率ν的关系是E=hν。采用光量子概念之后,光电效应中出现的疑难随即迎刃而解。
至此普朗克提出的能量不连续的概念,才逐渐引起物理学家的注意。就这样,一位谨慎的物理学家普朗克掀起了20世纪初量子物理学革命的帷幕。
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主量子数n、角量子数l、磁量子数m各代表什么意思?
主量子数n 角量子数l 磁量子数m 主量子数是描述电子层能量的高低次序和电子云离核远近的参数。取值 n = 1, 2, 3, ···, n。电子层符号K L M N O P Q 角量子数的取值为:0,1,2,3,···,n-1。光谱符号 s p d f g …磁量子数的取值:m = 0, ±1, ...
主量子数怎么计算
主量子数n是通过正整数序列计算的,表示电子在原子中的能级。主量子数(n)用于描述电子在原子中的能级,其值为正整数序列(1, 2, 3...)。主量子数决定了电子所在能级的大小和距离原子核的远近。例如,n=1代表第一个能级(最内层),n=2代表第二个能级,以此类推。电子的能级随着主量子数增加...
量子中四个量子数是什么?
四个量子数是主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(ml)和自旋量子数(ms)。1.主量子数(n):取值范围为1,2,3,4,5,6,7等正整数,它表示电子在原子核外的能量层次。n越大,电子的能量越高。意义:主要描述了电子所处的能级或壳层。较大的主量子数对应更高的能量层级,能级越高,电子...
n代表什么在物理学中??
物理学中n代表:1、量子数:描述电子在原子核外运动状态的4个量子数之一,习惯用符号n表示。它的取值是正整数,n=1,2,3,……主量子数是决定轨道(或电子)能量的主要量子数。2、介质的折射率: n=sini\/sinr=c\/v
主量子数 角量子数 磁量子数 什么东西? 薜定谔方程
根据薛定谔方程,大学时候,老师说过,有4个量子数,主量子数,角量子数,磁量子数和自旋量子数.主量子数n :n相同的电子为一个电子层,电子近乎在同样的空间范围内运动,故称主量子数.当n=1,2,3,4,5,6,7 电子层符号分别为K,L,M,N,O,P,Q.当主量子数增大,电子出现离核的平均距离也相应增大,...
量子数包括主量子数,角量子数,磁量子数
1、主量子数:当主量子数增加时,原子轨道变大,原子的外层电子将处于更高的能量值(能量值只能取确定的、分离的值,这些能量值称为能级),因此受到原子核的束缚更小。这是波尔模型引入的唯一一个量子数。主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层组数的。因为...
为什么原子轨道的主量子数n=1,2,3,…
(1)主量子数(n)—描述各电子层能量的高低和离核的远近。原子核外电子按能级的高低分层分布,这种不同能级的层次习惯上称为电子层。用统计观点来说,电子层是按电子出现几率较大的区域离核的远近来划分的。主量子数的取值范围:n=1,2,3,4,5,6……(除零以外的正整数)。在光谱学上另用一套...
为什么说主量子数n=4,可能有16条原子轨道
主量子数n表示了电子所在的能级,而角量子数l决定了电子的轨道形状和能级的子层。磁量子数m则决定了轨道的空间取向。根据量子力学的规则,这些量子数必须满足以下条件:主量子数n必须是一个正整数,从1开始递增。角量子数l的取值范围是0到n-1。磁量子数m的取值范围是-l到l。所以,当主量子数n=4...
主量子数n=3, l=1, m=0或+1或-1。
n=3,l=1,m=0或+1或-1。1、主量子数n:决定,描述电子离核的远近,也就是层数。取值为1,2,3,4,5,6,7。n越大,离核越远,能量越高。2、角量子数l:即能级(或亚层)。描述电子云的空间形状。如s电子云为球形,p电子为纺锤形或无柄的哑铃形,d电子为花瓣形。对于确定的n值,...
n、 l、 ms、 m有什么区别?
与这些守恒量相联系的量子数又称为好量子数,它们可表征粒子系统的状态和性质。在原子物理学中,对于单电子原子(包括碱金属原子)处于一定的状态,有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数l、自旋量子数ms=1\/2,和总角动量量子数j。
郁牧佳福:[答案] 决定原子轨道的量子数有 主量子数n,描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近. 角量子数L,决定电子空间运动的角动量,以及原子轨道或电子云的形状. 磁量子数m,描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向.
宜兴市15941582341: 关于主量子数主量子数 :主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层组数的. 电子出现几率“最大”区域 最大 怎... - ?
郁牧佳福:[答案] 电子的排布是遵循能量最低原理,而能量低的电子趋向集中于近轨道,主量子数相同的电子会在相同的空间内进行旋转,而每一个电子的旋转都对应一个波函数,两个电子自旋相同时,波函数抵消;两个电子自旋相反时,波函数相叠加...
宜兴市15941582341: 量子数2P3/2和2P1/2是什么意思? - ?
郁牧佳福:[答案] 我就说一下2P3/2的意思,另一个也是一样的: 第一个2:轨道主量子数n,表示了粒子所处的壳层 P:轨道角动量量子数l 用字母代替数字 前五个依次是s、p、d、f、g(s代表零,p代表一、以此类推 反应了粒子所处的支壳层 3/2:总角动量量子数j 即...
宜兴市15941582341: 氢原子3pz轨道n、l、m各为何值? - ?
郁牧佳福: n=3,l=1,m=0或+1或-1. 1、主量子数n:决定,描述电子离核的远近,也就是层数.取值为1,2,3,4,5,6,7.n越大,离核越远,能量越高. 2、角量子数l:即能级(或亚层).描述电子云的空间形状.如s电子云为球形,p电子为纺锤形或无柄的哑...
宜兴市15941582341: 决定原子轨道的量子数有哪些 - ?
郁牧佳福: 决定原子轨道的量子数有主量子数n,描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近.角量子数L,决定电子空间运动的角动量,以及原子轨道或电子云的形状.磁量子数m,描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向.
宜兴市15941582341: 主量子数的物理意义 - ?
郁牧佳福:[答案] 1、定义 主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层组数的.因为电子排布遵循最低能量原理排布顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np,故当主量子数等于3是能级排到1s2s2p3s3p. n相同的电子为一个电子层,...
宜兴市15941582341: XPS谱图中Ti 2P1/2这1/2什么意思 - ?
郁牧佳福: 您好 第一个2:轨道主量子数n,表示了粒子所处的壳层 P:轨道角动量量子数l 用字母代替数字 前五个依次是s、p、d、f、g(s代表零,p代表一、以此类推 反应了粒子所处的支壳层 3/2:总角动量量子数j 即轨道角动量与自旋角动量之和J=|L-S|、|L-S|+1、……、|L+S|,其中S为粒子的自旋量子数. 由于电子的自旋为1/2 故对于电子来说J=L-1/2 或L+1/2.又你所给的原子态里面L=P,即L=1 故J=1/2、3/2 所以你所列出的两个原子态对应的电子组态为2p
宜兴市15941582341: 与3s原子轨道对应的主量子数和角量子数值分别为 - ?
郁牧佳福: 与3s原子轨道对应的主量子数和角量子数值分别为3 0主量子数n就是第一个数字,角量子数I:s是0,p是1,d是2,f是3.轨道数即磁量子数m有2l+1种取值.例:指出与下列各原子轨道相应的主量子数n,角量子数l,的数值各为多少?每一种原子轨道所包含的轨道数为多少2p ,4f ,6s ,5d 答案 2 1 3 4 3 7 6 0 1 5 2 5
宜兴市15941582341: 1.某电子处在 3 d 轨道 ,它的主量子数 n为 ;副量子数 l 为 ;磁量子数 m 可能是 ... - ?
郁牧佳福:[答案] d(yz)轨道趋向于形成pi键简并轨道数只与角量子数有关,由于方向不同,3 ……
宜兴市15941582341: 关于原子轨道中的量子数为什么角量子数(l)小于主量子数(n) - ?
郁牧佳福:[答案] n是主量子数,表示不同壳层的能级,原子中电子的轨道是不连续的,只能取分立值,分为不同的壳层.n=5即第五个壳层,电子壳层符号由内到外依次为K,L,M,N,O,P.n=5即第五层轨道. l是角量子数,表示角动量的大小,决定了每个壳层内不同轨道的...