Kvanttilukujen

Kvanttiluvut ovat joukko numeerisia arvoja, jotka kuvaavat atomiorbitaalin tai elektronin ominaisuuksia kvanttimekaniikassa. Jokainen elektroni atomissa tai molekyylissä on kuvattavissa ainutlaatuisella kvanttilukuyhdistelmällä. Nämä luvut ovat peräisin ratkaisuista Schrödingerin yhtälöön, joka on keskeinen yhtälö kvanttimekaniikassa.

On olemassa neljä pääkvanttilukua. Pääkvanttiluku, jota merkitään symbolilla n, määrittää elektronin pääenergiatason ja etäisyyden ytimestä. Se voi saada positiivisia kokonaislukuarvoja (1, 2, 3, ...). Sivukvanttiluku, jota merkitään symbolilla l, kuvaa orbitaalin muotoa ja alikuorta. Sen arvot vaihtelevat 0:sta n-1:een. Luvulla l=0 vastaa s-orbitaali (pallomainen), l=1 vastaa p-orbitaali (kannusmainen), l=2 vastaa d-orbitaali ja l=3 vastaa f-orbitaali.

Magneettinen kvanttiluku, jota merkitään symbolilla ml, kuvaa orbitaalin suuntautumista avaruudessa. Sen arvot vaihtelevat -l:stä +l:een, mukaan lukien nolla. Tämä tarkoittaa, että kullakin alikuorella on tietty määrä orbitaaleja, jotka ovat suuntautuneet eri tavoin. Esimerkiksi p-alikuorella (l=1) on kolme orbitaalia (ml = -1, 0, +1).

Spinkvanttiluku, jota merkitään symbolilla ms, kuvaa elektronin sisäistä kulmamomenttia eli spinniä. Elektronilla voi olla kaksi mahdollista spin-tilaa: ylös (+1/2) tai alas (-1/2). Näitä kahta tilaa kutsutaan joskus myös spinkvanttiluvuiksi +1 ja -1.

Paulin kieltosääntö sanoo, että kahdella elektronilla samassa atomissa ei voi olla samaa kvanttilukuyhdistelmää. Tämä sääntö selittää elektronien järjestäytymisen atomiorbitaaleille ja on perustavanlaatuinen atomin elektronirakenteen ymmärtämisessä. Kvanttiluvut ovat välttämättömiä kemiallisten ominaisuuksien ja reaktioiden ennustamisessa.