Wissenschaft

Quantenzahldefinition (Chemie und Physik)

Eine Quantenzahl ist ein Wert, der verwendet wird , wenn die Beschreibung von Energieniveaus zur Verfügung zu Atomen und Molekülen. 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:

 

Quantenzahlwerte

Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip können keine zwei Elektronen in einem Atom den gleichen Satz von Quantenzahlen haben. Jede Quantenzahl wird entweder durch einen halben oder einen ganzzahligen Wert dargestellt.

  • Die Hauptquantenzahl ist eine ganze Zahl, die die Zahl der Elektronenhülle ist. Der Wert ist 1 oder höher (niemals 0 oder negativ).
  • Die Drehimpulsquantenzahl ist eine ganze Zahl, die den Wert des Orbitals des Elektrons darstellt (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.

 

Beispiel für eine Quantenzahl

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.

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