量子数:简单说明四个量子数的物理意义及量子化条件

1.简单说明四个量子数的物理意义及量子化条件

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，……主量子数是决定轨道（或电子）能量的主要量子数。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“在20号Ca元素处，K（19号）的E3d>不符合n越大轨道能越高的规律。而Sc（21号）的E3d<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，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。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。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0，4…n-1等共n个值，用光谱学上的符号相应表示为s，p，d，f，角量子数l表示电子的亚层或能级。如n=3表示第三电子层，相应的电子分别称为3s，3d电子，它们的原子轨道和电子云的形状分别为球形对称。对于多电子原子来说，即n值一定时，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,n-1，h为普朗克常数，l值表示原子轨道或电子云的形状。原子轨道或电子云是球形对称的,电子云是无把哑铃形,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。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<,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，即同处一个电子层中，l值越大能量越大，从能量角度看。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/2πms为自旋量子数，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。任何系统的动力学都由一量子哈密顿算符，系统中有一量子数对应能量，即哈密顿算符的特征值。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。能有好几种选择一组互相独立算符的方法。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），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）。有环绕原子核的电子角动量，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。由于普朗克解释黑体辐射现象，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。如作如下假定则可从理论上导出其黑体辐射公式：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。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。能量不连续的概念是绝对不允许的。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。

2.什么叫做量子数，主量子数，角量子数，磁量子数

量子数：指的是量子力学中表述原子核外电子运动的一组整数或半整数。因为核外电子运动状态的变化不是连续的，所以量子数的取值也不是连续的，主量子数：指的是与能层对应的量子数，表示原子轨道的量子数的其中一种（其他还包括角量子数、磁量子数和自旋量子数），角量子数：指的是表示电子在原子中运动状态的四个量子数之一，是代表角动量的量子数，磁量子数：指的是描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。某种形状的原子轨道，从而得到几个空间取向不同的原子轨道。量子化的概念最初是由普朗克引入的，即电磁辐射的能量和物体吸收的辐射能量只能是量子化的，这个整数n称为量子数．事实上不仅原子的能量还有它的动量、电子的运行轨道、电子的自旋方向都是量子化的。即是说电子的动量、运动轨道的分布和自旋方向都是不连续的，此外我们将看到不仅电子还有其它基本粒子的能量、运动轨道分布、磁矩等都是量子化。

3.用量子数表示3d亚层，4s原子轨道，氧原子中的4个p电子

举个例子:LiLi核外有三个电子，其中第一层（K层）有两个电子，第二层（L层）有一个电子。主量子数的几何意义是核外电子离核的远近，或电子所在的电子层数。

4.知道一个元素怎样知道它的主量子数？我发现其他量子数均由主量子数先

举个例子:LiLi核外有三个电子，其中第一层（K层）有两个电子，第二层（L层）有一个电子。主量子数的几何意义是核外电子离核的远近，或电子所在的电子层数。所以Li的三个电子的主量子数n分别为1,1,2。同样的，氮是第七号元素，七个电子的主量子数分别为1，1，2，2，2，2，2。

5.用四个量子数描述钠元素电子分布

基态Na壳层结构：主量子数：n=3。轨道角量子数：l=0,自旋角量子数：s=1/2。L-S耦合总角量子数：J=l+s=1/2。量子力学在推导原子中电子的运动状况时会出现这四个量子数。它对电子能量的影响通常是最大的。它主要就表示电子距离原子核的“它表示电子绕核运动时角动量的大小，l可能的取值为小于n的所有非负整数——l=0、1……n-2、n-1。m是磁量子数，也是量子化的，m可能的取值为所有绝对值不大于l的整数——m=-l、-l+1……0……l-1、l。这表示电子自旋的大小是固定不变的，且只有两个方向——每个m都对应2个ms值正负1/2。四个量子数的物理意义及量子化条件：量子力学在推导原子中电子的运动状况时会出现四个量子数。n是主量子数，它对电子能量的影响通常是最大的。它主要就表示电子距离原子核的“n越大，相应的能量也越大。n等于电子绕核一周所对应的物质波的波数——绕核一周有n个波长的电子的物质波。n可能的取值为所有正整数。l是轨道量子数，它表示电子绕核运动时角动量的大小，它对电子的能量也有较大的影响。l可能的取值为小于n的所有非负整数。m是磁量子数，在有外加磁场时。

6.电子层的磁量子数m

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），±1，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。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。电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。扩展资料：每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。根据泡利不相容原理，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子。

7.原子核的自旋量子数如何确定

质量数和质子数均为偶数的原子核，这类原子核没有自旋现象，质量数为奇数的原子核，其自旋量子数不为0，称为磁性核。质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数，元素周期表中元素可以测出核磁共振谱的条件：被测的原子核的自旋量子数要不为零；自旋量子数最好为1/2（自旋量子数大于1的原子核有电四极矩，被测的元素（或其同位素）的自然丰度比较高（自然丰度低，1889—1979）在实验中将碱金属原子束经过一不均匀磁场射到屏幕上时，发现射线束分裂成两束，并向不同方向偏转。电子除了有轨道运动外，还有自旋运动，是自旋磁矩顺着或逆着磁场方向取向的结果。1902—1978）提出电子有不依赖于轨道运动的、固有磁矩（即自旋磁矩）的假设。自旋量子数s≡1/2，它是表征自旋角动量的量子数，相应于轨道角动量量子数。自旋磁量子数ms才是描述自旋方向的量子数。表示电子顺着磁场方向取向，说成逆时针自旋；ms=-1/2表示逆着磁场方向取向，说成顺时针自旋。当两个电子处于相同自旋状态时叫做自旋平行。