[科普中国]-轨域量子数

轨域量子数l又称角动量量子数、方位量子数、系列量子数，它是决定轨域型别或形状的角动量常数，它可能是包括0在内的整数，与主量子数n的关系为l=0,1,2,3```,n-1。轨域的不同型别可以以s,p,d,f来表示，主量子数的数值为该主量子能阶所允许的轨域型别的数目，即主量子能阶为1时,只有一个1s轨域，对第二能阶则有2s及2p轨域，第三能阶则有3s、3p及3d轨域，依此类推。具有同一主量子数的s、p、d及f轨域，实际上具有稍稍不同的能量。对一个主量子数,只有一个s轨域,三个p轨域,五个d轨域及七个f轨域。1

相关概念——轨域理论由原子光谱分析与量子力学( quantum mechanics)所提供的知识,告诉我们,原子中的电子系处于不连续的能阶( energy levels)中。虽然,原子中电子的精确位置( position)与动量( momentum),依 Heisenberg测不准原理( uncertainty principle)而无由得知,但仍可借量子力学的数学处理,获知一电子在已知容积( volume)中位置或然率的统计形相。电子在已知能状态下密度分布或然率( probability density distribution),称为该电子的轨域( orbital)。轨域的形状,决定于恒定或然率的轮廓表面。这种以或然率所描述的电子轨域,就好像没有明确边界的云一样,所以有时候被称为电子云( electron cloud)。

在原子中的电子,受几种力的作用一电子与电子间相互排斥,同时又受原子核中质子( protons)的吸引。因此,一电子所感受的力,决定于其对原子核及其他电子的相关位置。一电子可能出现的最大或然率是其能够感受最大引力而最小排斥力的位置。量子力学试图借助数学方法来描述电子在原子中所受到的作用力,并以一数学方程式使其与电子所具有的能相关联。由数学处理所得的结论获知,电子具有波样行为。又在一些分析中,发现电子只有在某些能阶中才能出现,而已知能阶,又只能容约一定数目的电子,即2,8,18…等。这一结果,给予了确定古典价键埋论( valence bondtheory)的八隅体法则( octet rule)以充份的解释。

对每一电子能状态或轨域,可使用四个表示电子四种不同性质的量子数加以描述：

（1）主量子数n：为决定电子主能阶或电子壳的常数,乃1-6的常数,电子壳常以K,L,M等大写英文字母表示。

（2）角动量量子数l：即概述中所介绍的轨域量子数。

（3）磁量子数m：具角动量电子的磁常数。具有角动量的电子,可认为是一循回的电流,因而由此循回电流产生磁场。磁场的磁性来自于电子的角动量,所以角动量量子数l决定了m的大小。由理论及经验可知,m为包括0在内的-l到+l之间的整数。

（4）自转量子数s：表示电子自转轴的方向,即正二分之一或负二分之一,也常常以向上或向下的箭头表示。1

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李斌 - 副教授 - 西南大学