[科普中国]-角量子数

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1（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，角动量的绝对值和角量子数l的关系式为：

丨M丨=h√￣【I+(I+1)】/2π

对于给定的n值，量子力学证明l只能取小于n的非负整数：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。