Kas ir kvantu skaitļi?

Pirmo no kvantu skaitļiem sauc par galveno kvantu skaitli. Šis skaitlis, kas var būt jebkurš pozitīvs vesels skaitlis, kas sākas ar 1, attiecas uz elektrona orbītas attālumu no atoma kodola. Tomēr atšķirībā no planētu orbītām elektroni nevar brīvi riņķot jebkurā attālumā. Drīzāk tie aprobežojas ar orbītu diskrētos enerģijas līmeņos vai kvantos – kvantu mehānikas centrālais princips. No otras puses, līdzīgi kā planētu orbītās, elektroniem, kas riņķo tālāk no kodola, ir lielāka kinētiskā enerģija.

Azimutālais kvantu skaitlis apzīmē elektrona atomu orbitāles leņķisko impulsu. Šis skaitlis kaut ko stāsta par elektrona orbītas formu ap kodolu. Elektroni var riņķot ap kodolu vairāk vai mazāk sfēriskos spietos, vai arī tiem var būt sarežģītāka uzvedība. Tomēr ideja par elektronu kā cietu daļiņu, kas riņķo ap kodolu, nav pareiza. Kvantu mehānikas nenoteiktības princips nosaka, ka elektrona pozīcija būtībā ir varbūtības jautājums.

Pamatojoties uz citiem kvantu skaitļiem, magnētiskais kvantu skaitlis kaut ko stāsta par elektrona orbitāles orientāciju telpā. Šis īpašums pirmo reizi tika atklāts, kad zinātnieki pakļāva gāzes magnētiskajiem laukiem un pēc tam novēroja to mijiedarbību ar gaismu. Magnētiskais kvantu skaitlis ir saistīts arī ar atomu orbitāles enerģijas līmeņiem.

Visbeidzot, spina kvantu skaitlis norāda vienu no diviem elektrona spina stāvokļiem. Lai gan galvenais un azimutālais kvantu skaitļi atšķir dažādas elektrona orbitālās pozīcijas, spina kvantu skaitlis var atšķirt divus elektronus citādi identiskā kvantu stāvoklī. Ja diviem elektroniem vienā atomā ir vienādi trīs iepriekšējie kvantu skaitļi, to spina kvantu skaitļiem jābūt atšķirīgiem. Elektronu spin nav tieši tā pati “griešanās” sajūta, par kuru parasti domā, bet tā ir viena elektrona brīvības pakāpe. Tam var būt viena no divām iespējamām vērtībām: -1/2 vai +1/2.