量子数表征原子、分子、原子核或亚原子粒子状态和性质的数。通常取整数或半整数分立值。量子数是这些粒子系统内部一定相互作用下存在某些守恒量的反映,与这些守恒量相联系的量子数又称为好量子数,它们可表征粒子系统的状态和性质。
在原子物理学中,对于单电子原子(包括碱金属原子)处于一定的状态,有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。 表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数l、自旋量子数ms=1/2,和总角动量量子数j。
在多电子原子中,轨道角动量量子数也是决定电子能量高低的因素。所以,在多电子原子中,主量子数相同、轨道角动量量子数自旋量子数不同的电子,其能量是不相等的。上述三个量子数的合理组合决定了一个原子轨道。
但要描述电子的运动状态还需要有第四个量子数——自旋角动量量子数表示原子内电子运动的能量、角动量等的一组整数或半整数。按量子力学原理,原子中核外电子运动、状态、角动量都不是连续变化的,而是跳跃式变化的,即量子化的。
量子数有主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。 它们惯例上被称为主量子数(n=1,2,3,4 …)代表除掉J以后H的特征值。这个数因此会视电子与原子核间的距离(即半径坐标r)而定。
平均距离会随着n增大,因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。角量子数(l=0,1 … n-1)(又称方位角量子数或轨道量子数)通过关系式来代表轨道角动量。 在化学中,这个量子数是非常重要的,因为它表明了一轨道的形状,并对化学键及键角有重大形响。
有些时候,不同角量子数的轨道有不同代号,l=0的轨道叫s轨道,l=1的叫p轨道,l=2的叫d轨道,而l=3的则叫f轨道。磁量子数(ml= -l,-l+1 … 0 … l-1,l)代表特征值。 这是轨道角动量沿某指定轴的射影。
从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态(泡利不相容原理),故也绝不能拥有同一组量子数。所以为此特别提出一个假设来解决这问题,就是设存在一个有两个可能值的第四个量子数。
这假设以后能被相对论性量子力学所解释。
1.氢原子基态能级为-13.6eV 2.能级的数量不是由电子数目决定的,是由原子核的吸引能力决定的。当然实际上电子数多的原子,其原子核的吸引能力也就越强,