Kvanttiluku

Kvanttiluku on kvanttimekaniikassa käytetty arvo, jolla voidaan tunnistaa ja luokitella järjestelmän kvanttitiloja. Ne syntyvät, kun ratkaistaan tutkittavan observabiliteetin, kuten energian tai kulmamomentin, eigenarvot eli mahdolliset mittaustulokset. Kvanttiluvut ovat diskreetteja, eli saman järjestelmän tilat voidaan erottaa toisistaan vain näiden arvojen perusteella.

Yleisimmät kvanttiluvut atomien sisällä ovat pääkvanttiluku n, azimutal- eli orbitalkvanttiluku l, magneettinen kvanttiluku m_l sekä spinkvanttiluku m_s. Pääkvanttiluku n kuvaa tilan energiatason yleisyyttä ja etäisyyttä ydinestä; l saa arvot 0,1,...,n-1 ja määrittää orbitaalisen muodon; m_l voi olla välillä -l...+l ja kertoo tilan orientaation kvantittuneessa kulmamomentissa; m_s on elektronin spinin projektoitu arvo ja on yleensä ±1/2. Monimutkaisemmissa järjestelmissä voidaan käyttää kokonaisangularmomentumin kvanttilukua j ja sen projektiota m_j sekä paritya, joka liittyy laitoksen symmetriaan.

Esimerkki: hydrogenin 1s-tilan kvanttiluvut ovat n=1, l=0, m_l=0 ja m_s = ±1/2. Energiatasot määritellään suurelta osin n:n mukaan, vaikka tarkempi energianarvo voi riippua muista tekijöistä. Kvanttiluvut yhdessä määrittävät tilan ominaisuudet, kuten energian, koostumuksen ja sallitut sähkö- sekä lumiesiirtymät. Kemiallisessa kontekstissa kvanttiluvut ilmenevät elektronin jakautumisena subshelliin (s, p, d, f), joille kullekin on omat l-arvonsa. Pauli-eliitin sääntö ja valenssisäännöt kuvaavat, miten näitä tiloja voidaan täyttää elektronien kanssa.