角量子数

轨道角动量的量子数

角量子数( 英语 :Azimuthal quantum number),即轨域 角动量 的量子数,通常用小写英文字母l来表示。从 经典力学 的概念可知,任何 旋转体 都有绕轴的角动量,它是一个 矢量 。在 量子力学 中,角量子数描述的角动量不是连续变动的,而是取不同的离散值,表现出量子化的特性。在原子物理学中,角量子数决定了 电子云 的形状,对应于不同的 原子轨道 类型。

介绍

角 量子数 和能量有关的量子数。从经典力学的概念可知,任何旋转体都有绕轴的角动量。

它是一个矢量。当它不是连续变动时,会取不同的分离值,是量子化的。

角量子数l确定 原子 轨道的形状并在多 电子 原子中和 主量子数 一起决定电子的 能级 。电子绕核运动,不仅具有一定的能量,而且也有一定的 角动量 M,它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时,即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关,即原子轨道的轨道是球形对称的;如l=1时,其 原子轨道 呈哑铃形分布;如l=2时,则呈花瓣形分布。对于给定的n值, 量子力学 证明l只能取小于n的正整数:l=0,1,2,3(n-1) 磁量子数 m 磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。某种形状的原子轨道,可以在空间取不同方向的伸展方向,从而得到几个空间取向不同的原子轨道。

这是根据线状光谱在 磁场 中还能发生分裂,显示出微小的能量差别的现象得出的结果。磁 量子数 可以取m=0,±1,±2±l 自旋 量子数ms 直接从 薛定谔方程 得不到第四个量子数——自旋量子数ms,它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的 原子光谱 ,发现大多数 谱线 其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为 电子 在核外运动,还可以取数值相同,方向相反的两种运动状态,通常用↑和↓表示。

角量子数(azimuthal quantum number)的引入是由于电子绕核运动时,不仅具有一定的能量,而且也具有一定的 角动量 。

对于给定的n值, 量子力学 证明l只能取小于n的 自然数 :l=0,1,2,3(n-1)。

角量子数决定电子空间运动的角动量,以及 原子轨道 或 电子云 的形状,在多电子原子中与 主量子数 n共同决定电子能量高低。对于一定的n值,l可取0,1,2,3,4…n-1等共n个值,用 光谱学 上的符号相应表示为s,p,d,f,g等。角量子数l表示 电子 的亚层或 能级 。一个n值可以有多个l值,如n=3表示第三 电子层 ,l值可有0,1,2,分别表示3s,3p,3d亚层,相应的电子分别称为3s,3p,3d电子。它们的原子轨道和电子云的形状分别为球形对称,哑铃形和四瓣梅花形,对于多电子原子来说,这三个亚层能量为E3d>E3p>E3s,即n值一定时,l值越大,亚层能级越高。在描述多电子 原子 系统的能量状态时,需要用n和l两个 量子数 。

作用

角量子数l确定 原子轨道 的形状并在多 电子 原子中和 主量子数 一起决定电子的 能级 。电子绕核运动,不仅具有一定的能量,而且也有一定的 角动量 M,它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时,即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关,即原子轨道的轨道是球形对称的;如对于双原子体系,l=1时,其原子轨道呈哑铃形分布;如l=2时,则呈花瓣形分布。