Quantenzahl-Definition

Eine Quantenzahl ist ein Wert, der verwendet wird, um die Energieniveaus zu beschreiben, die Atomen und Molekülen zur Verfügung stehen. Ein Elektron in einem Atom oder Ion hat vier Quantenzahlen, um seinen Zustand zu beschreiben und Lösungen für die Schrödinger-Wellengleichung für das Wasserstoffatom zu erhalten.

Es gibt vier Quantenzahlen:

• n - Hauptquantenzahl: beschreibt das Energieniveau
• ℓ - Azimut- oder Drehimpulsquantenzahl: beschreibt die Unterschale
• m_ℓ oder m - magnetische Quantenzahl: beschreibt das Orbital der Unterschale
• m_s oder s - Spin - Quantenzahl: beschreibt den Spin

Quantenzahlwerte

Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip können keine zwei Elektronen in einem Atom dieselbe Menge von Quantenzahlen haben. Jede Quantenzahl wird entweder durch eine halbe oder eine ganze Zahl dargestellt.

• Die Hauptquantenzahl ist eine ganze Zahl, die der Zahl der Elektronenschale entspricht. Der Wert ist 1 oder höher (niemals 0 oder negativ).
• Die Drehimpulsquantenzahl ist eine ganze Zahl, die den Wert des Elektronenorbitals angibt (z. B. s = 0, p = 1). ℓ ist größer oder gleich Null und kleiner oder gleich n-1.
• Die magnetische Quantenzahl ist die Orientierung des Orbitals mit ganzzahligen Werten im Bereich von -ℓ bis ℓ. Für das p-Orbital mit ℓ = 1 könnte m also Werte von -1, 0, 1 haben.
• Die Spinquantenzahl ist ein halber ganzzahliger Wert, der entweder -1/2 (als "Spin down" bezeichnet) oder 1/2 (als "Spin up" bezeichnet) ist..

Quantenzahl Beispiel

Für die äußeren Valenzelektronen eines Kohlenstoffatoms befinden sich die Elektronen im 2p-Orbital. Die vier zur Beschreibung der Elektronen verwendeten Quantenzahlen sind n = 2, ℓ = 1, m = 1, 0 oder -1 und s = 1/2 (die Elektronen haben parallele Spins)..

Nicht nur für Elektronen

Während Quantenzahlen üblicherweise zur Beschreibung von Elektronen verwendet werden, können sie zur Beschreibung der Nukleonen (Protonen und Neutronen) eines Atoms oder von Elementarteilchen verwendet werden.