Biofyzika

1.3.1 Kvantová čísla

Podle kvantově-mechanických představ se elektrony v silovém poli jádra atomu nepohybují v určitých trajektoriích, ale každý elektron vytváří určitý oblak, jehož tvar je závislý na celkové energii elektronu a dále na dalších parametrech, jako jsou orbitální moment hybnosti, magnetický moment a spin. Místo výskytu elektronu popsané rozdělením hustoty pravděpodobnosti výskytu se nazývá orbital. Jeho stav tedy může být určen 4 parametry, tzv. kvantovými čísly. Kvantová čísla jsou s výjimkou spinového čísla přirozená čísla a určují geometrický tvar a symetrii oblaku elektronu.

Hlavní kvantové číslo n určuje celkovou energii elektronu. Jeho existence je důsledkem řešení Schrödingerovy rovnice pro elektron v poli jádra. Hlavní kvantové číslo je přirozené číslo a může nabývat hodnot n = 1, 2, 3, ... Jeho hodnota zároveň určuje i slupku, ve které se elektron v elektronovém obalu jádra nachází. Hodnotám n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 odpovídají slupky K, L, M, N, O, P a Q.

Vedlejší (orbitální) kvantové číslo nabývá pro elektron ve slupce určené hodnotou hlavního kvantového čísla n hodnot   = 0, 1, 2, ...,  (n – 1). Určuje tvar i symetrii elektronového oblaku. Je určeno kvantováním orbitálního momentu hybnosti

Magnetické kvantové číslo m může nabývat hodnot m = 0, ±l, ±2, ±3, .... ±  a určuje směr vektoru orbitálního momentu hybnosti v prostoru, tedy polohu orbitalu v prostoru. Elektron je elektricky nabitá částice. Proto, má-li orbitální moment hybnosti, musí existovat i magnetický moment, neboť pohyb elektrického náboje dává vznik magnetickému poli.

Elektron má vlastní, vnitřní moment hybnosti, spin, který vyplývá z jeho rotačního pohybu a je nezávislý na jeho orbitálním momentu hybnosti. Má však též určitý magnetický moment svázaný s tímto vnitřním momentem hybnosti. Spinový moment spinového momentu hybnosti tedy může mít ve vnějším magnetickém poli dvě orientace, popsané dvěma hodnotami spinového magnetického kvantového čísla ± 1/2. Složka vlastního momentu hybnosti elektronu ve směru vnějšího magnetického pole je určena spinovým magnetickým číslem, takže její velikost je ± ћ/2.

Kvantový stav elektronu v atomu je tedy plně určen souborem 4 kvantových čísel, n, l , m a s. Elektronové konfigurace atomů s více elektrony se podřizují Pauliho vylučovacímu principu. To znamená, že žádné dva elektrony v atomu nemohou existovat ve stejném kvantovém stavu a každý elektron v daném atomu musí tedy mít jiný soubor kvantových čísel.
Při přechodu elektronů z jedné energetické hladiny do jiné následkem absorpce nebo emise energie jsou možné ty přechody, při kterých se hlavní kvantové číslo může měnit libovolně, ale vedlejší kvantové číslo se může měnit jen o ± 1. Takového přechody nazýváme „dovolené“, ostatní jsou tzv. „zakázané“ (viz obr. 1.2).
 
bio01.JPG

Přechody elektronů z orbitu s n = 3 do orbitu s n = 2



Předchozí
Následující
Operace
Prohlédnout vše