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四个量子数是用来表示原子的基本特性的数字。它们分别是原子核的电荷(Z)、原子的质量数(A)、原子的总轨道数(N)和原子的总旋量(L)。
Z表示原子核的电荷数,A表示原子的质量数,N表示原子的总轨道数,而L表示原子的总旋量。
一、主量子数(n)
主量子数是描述核外电子距离核的远近,电子离核由近到远分别用数值n=1,2,3,…有限的整数来表示,而且主量子数决定了原子轨道能级的高低,n越大,电子的能级越大,能量越高。n是决定电子能量的主要量子数。n一样,原子轨道能级一样。一个n值表示一个电子层,与各n值相对应的电子层符号请看下方具体内容:
n
1
2
3
4
5
6
7
电子层名称
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
第六层
第七层
电子层符号
K
L
M
N
O
P
Q
二、角量子数(l )
在同一电子层内,电子的能量也带来一定差别,运动状态也带来一定不一样,即一个电子层还可分为若干个能量稍有差别、原子轨道形状不一样的亚层。角量子数 就是用来描述原子轨道或电子云的形态的。 l的数值不一样,原子轨道或电子云的形状就不一样, l的取值受n的限制,可以取从0到n-1的正整数。
n
1
2
3
4
0
0,1
0,1,2
0,1,2,3
每个值代表一个亚层。第一电子层唯有一个亚层,第二电子层有两个亚层,从而类推。亚层用光谱符号等表示。角量子数、亚层符号及原子轨道形状的对应关系请看下方具体内容:
1
2
3
4
亚层符号
s
p
d
f
原子轨道或
电子云形状
圆球形
哑铃形
花瓣形
花瓣形
同一电子层中,随着 的增大,原子轨道能量也依次升高,即Ens<Enp<End<Enf,也就是在多电子原子中,角量子数与主量子数一起决定电子的能级。每一个 值表示一种形状的电子云。与主量子数决定的电子层间的能量差别相比,角量子数决定的亚层间的能量差要小得多。
三、磁量子数(m)
原子轨道不仅仅只有一定的形状,还还具有不一样的空间伸展方向。磁量子数m(就是用来描述原子轨道在空间的伸展方向的)。磁量子数的取值受角量子数的制约,它可取从+l到-l,涵盖0在内的整数值, l定下来以后, m可有2 +1个值。当l=0时,m=0,即s轨道唯有1种空间取向;当l=1时,m=+1、0、—1,即p轨道有3种空间取向;当l=2时,m=+2、+1、0、—1、—2,即d轨道有5种空间取向。
一般把n、l、m都确定的电子运动状态称原子轨道,因为这个原因s亚层唯有一个原子轨道,p亚层有3个原子轨道,d亚层有5个原子轨道, f亚层有7个原子轨道。磁量子数影响不了原子轨道的能量,n、l都一样的哪些原子轨道能量是一样的,这样的轨道称等价轨道或简并轨道。比如l一样的3个p轨道、5个d轨道、7个f轨道都是简并轨道。n,l和m的关系见下表。
主量子数(n)
1
2
3
4
电子层符号
K
L
M
N
角量子数(l)
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
电子亚层符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
磁量子数(m )
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
±1
±1
±1
±1
±1
±1
±2
±2
±2
±3
亚层轨道数(2l+1)
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
电子层轨道数n2
1
4
9
16
综合上面所说得出所述,用n,l和m三个量子数就可以决定一个特定原子轨道的大小、形状和伸展方向。
四、自旋量子数( ms)
电子除了绕核运动外,还存在自旋运动,描述电子自旋运动的量子数还称为自旋量子数ms,因为电子有两个相反的自旋运动,因为这个原因自旋量子数取值为+1/2、—1/2,符号用“↑”和“↓”表示。
了解了四个量子数的意义和它们当中相互联系又相互制约的关系。
在四个量子数中,n,l和m三个量子数三个量子数可确定电子的原子轨道;n、l两个量子数可确定电子的能级;n这一个量子数只可以确定电子的电子层。
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