Definitie kwantumnummer

Een kwantumgetal is een waarde die wordt gebruikt bij het beschrijven van de beschikbare energieniveaus voor atomen en moleculen. Een elektron in een atoom of ion heeft vier kwantumgetallen om zijn toestand te beschrijven en oplossingen te bieden voor de Schrödinger-golfvergelijking voor het waterstofatoom.

Er zijn vier kwantumgetallen:

• n - belangrijkste kwantumnummer: beschrijft het energieniveau
• ℓ - azimutaal of hoekig momentum kwantumnummer: beschrijft de subschaal
• m_ℓ of m - magnetisch kwantumnummer: beschrijft de baan van de subschaal
• m_s of s - spin kwantumnummer: beschrijft de spin

Kwantumnummerwaarden

Volgens het Pauli-uitsluitingsprincipe kunnen geen twee elektronen in een atoom dezelfde set kwantumgetallen hebben. Elk kwantumnummer wordt voorgesteld door een half-geheel of een geheel getal.

• Het belangrijkste kwantumgetal is een geheel getal dat het nummer van de schil van het elektron is. De waarde is 1 of hoger (nooit 0 of negatief).
• Het hoekmomentumquantumgetal is een geheel getal dat de waarde is van de baan van het elektron (bijvoorbeeld s = 0, p = 1). ℓ is groter dan of gelijk aan nul en kleiner dan of gelijk aan n-1.
• Het magnetische kwantumgetal is de oriëntatie van de orbitaal met gehele waarden variërend van -ℓ tot ℓ. Dus voor de p orbitaal, waar ℓ = 1, kan m waarden hebben van -1, 0, 1.
• Het spin-kwantumnummer is een half-geheel getal dat -1/2 is ("spin down" genoemd) of 1/2 ("spin up" genoemd).

Quantumnummer Voorbeeld

Voor de buitenste valentie-elektronen van een koolstofatoom bevinden de elektronen zich in de 2p orbitaal. De vier kwantumgetallen die worden gebruikt om de elektronen te beschrijven, zijn n = 2, ℓ = 1, m = 1, 0 of -1, en s = 1/2 (de elektronen hebben parallelle spins).

Niet alleen voor elektronen

Hoewel kwantumgetallen gewoonlijk worden gebruikt om elektronen te beschrijven, kunnen ze worden gebruikt om de nucleonen (protonen en neutronen) van een atoom of elementaire deeltjes te beschrijven.