高中化学 四个量子数的相互关系

四个量子数的物理意义和取值要求
(1).主量子数n：描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近(电子层数); 决定电子能量高低。

取值：n=1 2 3 4 56……
电子层符号 K L M N O P……
对于氢原子其能量高低取决于n
但对于多电子原子，电子的能量除受电子层影响，还因原子轨道形状不同而异，（即受角量子数影响）
(2)角量子数l：它决定了原子轨道或电子云的形状或表示电子亚层（同一n层中不同分层）意义:在多电子原子中，角量子数与主量子数一起决定电子的能量。

之所以称l为角量子数，是因为它与电子运动的角动量M有关。

如M=0时，说明原子中电子运动情况同角度无关，即原子轨道或电子云形状是球形对称的。

角量子数，l只能取一定数值。

(3)磁量子数m：决定波函数(原子轨道)或电子云在空间的伸展方向，决定角动量在空间的给定方向上的分量大小。

(4)自旋量子数ms：ms=±1/2,表示同一轨道中电子的二种自旋状态
第
每个值代表一个亚层。

第一电子层只有一个亚层，第二电子层有
两个亚层，以此类推。

亚层用光谱符号等表示。

角量子数、亚层符号及4
f
花
同一电子层中，随着的增大，原子轨道能量也依次升高，即Ens
＜Enp＜End＜Enf，即在多电子原子中，角量子数与主量子数一起决定电
子的能级。

每一个值表示一种形状的电子云。

与主量子数决定的电子层
间的能量差别相比，角量子数决定的亚层间的能量差要小得多。

三、磁量子数(m)
原子轨道不仅有一定的形状，并且还具有不同的空间伸展方向。

磁量子数m(就是用来描述原子轨道在空间的伸展方向的)。

磁量子数的
取值受角量子数的制约，它可取从＋l到－l，包括0在内的整数值，l
确定后，m可有2 ＋1个值。

当l=0时，m=0，即s轨道只有1种空间
取向；当l=1时，m=＋1、0、—1，即p轨道有3种空间取向；当l=2时，
m=＋2、＋1、0、—1、—2，即d轨道有5种空间取向。

1 2
3
综上所述，用n，l和m三个量子数即可决定一个特定原子轨道的大小、形状和伸展方向。

四、自旋量子数(ms)
电子除了绕核运动外，还存在自旋运动，描述电子自旋运动的量子数还称为自旋量子数ms，由于电子有两个相反的自旋运动，因此自旋量子数取值为＋1/2、—1/2，符号用“↑”和“↓”表示。

知道了四个量子数的意义和它们之间相互联系又相互制约的关系。

在四个量子数中，n，l和m三个量子数三个量子数可确定电子的原子轨道；n、l两个量子数可确定电子的能级；n这一个量子数只能确定电子的电子层。

量子数的数据分析
(1)主量子数(n)
n=1，2，3…正整数，它决定电子离核的远近和能级。

n=1为第一电子层或称K层，距核最近，n=2为第二电子层或称L层，余类推。

离核近，电子的能量较低，离核远则电子能量较高。

因此主量子数n对于确定电子的能量具有决定性的作用。

(2)角量子数(l)
l=0，1，2，3…n－1，以s，p，d，f对应的能级表示亚层，角量子数l代表角动量的大小，是决定原子轨道(或电子云)的形状的量子数，表示每一主层中不同的能级。

对于氢原子，核外电子能量完全由n决定；
角量子数l多电子原子中电子有能量有关，多电子原子中电子有能量决定于主量子数n和角量子数l。

只有原子轨道或电子云形状相同的条件下n对越大电子能量越高，E1s＜E2s＜E3S
l=0时，核外电子的运动状态与角度无关，原子轨道(或电子云)是球形对称的，称为s轨道或s电子云。

l=1时，原子轨道(或电子云)是纺棰形(或哑铃形)分布，称为p轨道。

p轨道沿某一直角坐标轴的方向有最大值。

l=2时，原子轨道(或电子云)呈花瓣形分布，称为d轨道(或d电子云)
l=3时，原子轨道(或电子云)形状复杂，称为f轨道(或f电子云)。

(3)磁量子数(m)
原子轨道在空间的不同取向，m=0，±1，±2，±3...±l，一种取向相当于一个轨道，共可取2l＋1个数值。

m值反应了波函数(原子轨道)或电子云在空间的伸展方向。

磁量子数m有(2l＋1)个取值，例如：
l=0时，m有一个取值，即m=0，s轨道球形对称，在空间只有一个取值，轨道无方向性。

l=1时，m有三个取值，即m=0，±1，分别代表在空间沿X，Y，Z三个相互垂直的伸展方向上的三个p轨道p X、p Y、p Z，通常它们具有完全相同的能量。

l=2时，m=0，±1，±2，表明d轨道在空间有五个伸展方向。

l=3时，m有七个取值，m=0，±1，±2，±3，f轨道在空间有七个伸展方向。

以上n，l，m三个量子数结合起来，便确定了核外电子的一个空间运动状态(即原子轨道)，包括轨道的大小、形状和空间取向。

(4)自旋量子数(ms)
ms=±1/2，表示同一轨道中电子的二种自旋状态，它只有＋1/2和－1/2两个取值，分别代表电子顺时针和逆时针的两个自旋方向，表示为“↓”和“↑”。