Что такое квантовое число

Квантовое число — это величина, которая принимает только определённые дискретные значения и описывает состояние электрона в атоме: его энергетический уровень, форму электронного облака, его ориентацию в пространстве или направление спина. Электрон в атоме характеризуют сразу четырьмя квантовыми числами — главным, орбитальным, магнитным и спиновым, и у них нет промежуточных значений между соседними уровнями. Когда спрашивают, что такое квантовое число, имеют в виду именно эти дискретные характеристики, а не саму энергию электрона.

$l = 0, 1, \ldots, n-1$

Разбор по случаям

Примеры

Электрон на 2p-орбитали. У электрона с главным числом $n = 2$ орбитальное число может принимать значения $l = 0$ или $l = 1$; при $l = 1$ электрон находится на p-подуровне, а магнитное число принимает три значения: $m_l = -1, 0, 1$, что соответствует трём p-орбиталям одинаковой формы, но разной ориентации в пространстве.

Электронная конфигурация водорода. У атома водорода единственный электрон в основном состоянии описывают набором чисел $n = 1$, $l = 0$, $m_l = 0$, $m_s = +\frac{1}{2}$. Такой набор однозначно задаёт его энергию, форму облака и направление спина, и других электронов с точно таким же набором в атоме быть не может.

Частые ошибки

• Считают, что квантовое число одно, хотя электрон в атоме описывают набором сразу из четырёх разных чисел.
• Путают орбитальное квантовое число с номером электронного слоя, хотя это разные характеристики состояния.
• Забывают принцип Паули и допускают у двух электронов одного атома совпадение всех четырёх квантовых чисел.

Коротко

Что такое квантовое число, проще понять как координату электрона в атоме: набор из четырёх чисел задаёт его энергетический уровень, форму орбитали, её ориентацию в пространстве и спин. У двух электронов одного атома этот набор никогда не совпадает полностью.