Cosa sono i numeri quantici?

Nel modello teorico prevalente dell'atomo, ci sono quattro numeri quantici che descrivono il comportamento degli elettroni.Questi includono numeri quantici principali, azimutali, magnetici e di spin.Insieme, questi quattro numeri danno lo stato quantico di un elettrone.Uno stato quantico è l'insieme di informazioni matematiche necessarie per descrivere completamente un determinato sistema di materia ed energia, come un atomo.Non esistono due elettroni che possono condividere gli stessi quattro numeri quantici, secondo il principio di esclusione di Pauli della meccanica quantistica.

Il primo dei numeri quantici è chiamato numero quantico principale.Questo numero, che può essere qualsiasi intero positivo che inizia con 1, si riferisce alla distanza dell'orbita di un elettrone dal nucleo atomico.A differenza delle orbite planetarie, tuttavia, gli elettroni non sono liberi di orbitare a qualsiasi distanza.Piuttosto, sono confinati all'orbita a livelli di energia discreti o quanta mdash; un principio centrale della meccanica quantistica.Simile alle orbite planetarie, d'altra parte, gli elettroni in orbita ulteriormente dal nucleo possiedono un'energia cinetica più elevata.

Il numero quantico azimutale indica il momento angolare dell'orbitale atomico di un elettrone.Questo numero racconta qualcosa sulla forma dell'orbita di un elettrone attorno al nucleo.Gli elettroni possono orbitare in orbita in più o meno sciami sferici attorno al nucleo o possono esibire comportamenti più complicati.L'idea di un elettrone come particella solida orbita in orbita al nucleo, tuttavia, non è corretta.Il principio di incertezza della meccanica quantistica afferma che la posizione di un elettrone è fondamentalmente una questione di probabilità.

Costruendo sugli altri numeri quantici, il numero quantico magnetico racconta qualcosa sull'orientamento dell'orbitale di un elettrone nello spazio.Questa proprietà è stata scoperta per la prima volta quando gli scienziati hanno esposto i gas ai campi magnetici e poi hanno osservato il modo in cui hanno interagito con la luce.Il numero quantico magnetico è anche correlato ai livelli di energia di un orbitale atomico.

Infine, il numero quantico di spin specifica uno dei due stati di spin di un elettrone.Mentre i numeri quantici principali e azimutali distinguono tra diverse posizioni orbitali di un elettrone, il numero quantico di spin può distinguere tra due elettroni in uno stato quantico altrimenti identico.Se due elettroni nello stesso atomo hanno gli stessi tre numeri quantici precedenti, i loro numeri quantici di spin devono essere diversi.La rotazione dell'elettrone non è esattamente lo stesso senso di "spin" che si pensa comunemente, ma è un grado di libertà per un elettrone.Può assumere uno dei due possibili valori: -1/2 o +1/2.