vinkelmoment kvantnummer

det finns en uppsättning vinkelmoment kvantnummer associerade med atomens energitillstånd. När det gäller klassisk fysik är vinkelmoment en egenskap hos en kropp som är i omlopp eller roterar runt sin egen axel. Det beror på vinkelhastigheten och fördelningen av massan runt rotationsaxeln eller rotationen och är en vektorkvantitet med vinkelmomentets riktning längs rotationsaxeln. I motsats till klassisk fysik, där en elektrons bana kan anta en kontinuerlig uppsättning värden, kvantiseras det kvantmekaniska vinkelmomentet. Dessutom kan den inte specificeras exakt längs alla tre axlarna samtidigt. Vanligtvis specificeras vinkelmomentet längs en axel som kallas kvantiseringsaxeln, och storleken på vinkelmomentet är begränsat till kvantvärdena kvadratrot av 2BL(l + 1) (1BL), där l är ett heltal. Numret l, kallat orbitalkvantumtalet, måste vara mindre än huvudkvantumtalet n, vilket motsvarar ett ”skal” av elektroner. Således delar l varje skal i n-delskal som består av alla elektroner med samma huvud-och orbitalkvantumtal.

det finns ett magnetiskt kvantnummer som också är associerat med vinkelmomentet i kvanttillståndet. För ett givet orbitalmomentkvantumtal l finns det 2L + 1 integrerade magnetiska kvantnummer ml som sträcker sig från −l till l, vilket begränsar fraktionen av det totala vinkelmomentet längs kvantiseringsaxeln så att de är begränsade till värdena ml XXL. Detta fenomen är känt som rymdkvantisering och demonstrerades först av två tyska fysiker, Otto Stern och Walther Gerlach.

elementära partiklar som elektronen och protonen har också en konstant, inneboende vinkelmoment utöver det orbitala vinkelmomentet. Elektronen beter sig som en snurrande topp, med sin egen inneboende vinkelmoment av magnitud s = kvadratrot av√(1/2)(1/2 + 1) ((1/2), med tillåtna värden längs kvantiseringsaxeln för MSH = (1/2). Det finns ingen klassisk fysik analog för denna så kallade spin-vinkelmoment: den inneboende vinkelmomentet hos en elektron kräver inte en ändlig (icke-noll) radie, medan klassisk fysik kräver att en partikel med en icke-noll vinkelmoment måste ha en icke-nollradie. Elektronkollisionsstudier med högenergiacceleratorer visar att elektronen fungerar som en punktpartikel ner till en storlek på 10-15 centimeter, en hundradel av en proton.

de fyra kvantnumren n, l, ml och ms specificerar tillståndet för en enda elektron i en atom helt och unikt; varje uppsättning tal betecknar en specifik vågfunktion (dvs. kvanttillstånd) för väteatomen. Kvantmekanik specificerar hur den totala vinkelmomentet är konstruerat från komponenten angular momenta. Komponenten vinkel momenta lägger till som vektorer för att ge atomens totala vinkelmoment. Ett annat kvantnummer, j, som representerar en kombination av orbital vinkelmoment kvantnummer l, och spinn vinkelmoment kvantnummer s kan bara ha diskreta värden inom en atom: j kan bara ta positiva värden mellan l + s och |l − s| i heltalssteg. Eftersom s är 1/2 för den enda elektronen är j 1/2 för l = 0 tillstånd, j = 1/2 eller 3/2 för l = 1 tillstånd, j = 3/2 eller 5/2 för l = 2 tillstånd och så vidare. Storleken på den totala vinkelmomentet hos atomen kan uttryckas i samma form som för orbital och spin momenta: kvadratroten av J J( j + 1) (kg) ger storleken på den totala vinkelmomentet; komponenten av vinkelmomentet längs kvantiseringsaxeln är MJ, där mj kan ha vilket värde som helst mellan +j och −j i heltalssteg. En alternativ beskrivning av kvanttillståndet kan ges i termer av kvantnumren n, l, j och mj.

elektronfördelningen av atomen beskrivs som kvadraten av det absoluta värdet av vågfunktionen. Sannolikheten att hitta en elektron vid en given punkt i rymden för flera av väteatomens lägre energitillstånd visas i Figur 5 . Det är viktigt att notera att elektrondensitetsplottorna inte bör betraktas som de tidsgenomsnittliga platserna för en väl lokaliserad (punkt) partikel som kretsar kring kärnan. Snarare beskriver kvantmekanik elektronen med en kontinuerlig vågfunktion där elektronens placering bör betraktas som spridd i rymden i en kvant ”fuzzboll.”(Se Figur 5.)