عدد کوانتومی

عدد کوانتومی الکترون های مداری یک اتم، یا اتم ها در یک مولکول، بر حسب نوع، چرخش، ارتعاش یا اسپین، انرژی های مختلفی دارند. بر اساس نظریهٔ کوانتومی، مقدار انرژی چنین ذراتی کوانتیده است، یعنی تنها می تواند مقادیر معین و مشخصی داشته باشد. هر یک از چنین مقادیری برای فرم معین از انرژی به صورت ضریبی از یک کوانتوم هستند که مشخص کنندهٔ فرم انرژی مورد بررسی است. این ضریب عدد کوانتومی نامیده می شود.
در سال ۱۹۲۶ آروین شرودینگر فیزیکدان مشهور اتریشی بر مبنای رفتار دوگانهٔ الکترون و با تأکید بر رفتار موجی آن، مدلی برای اتم پیشنهاد داد. وی در این مدل به جای محدود کردن الکترون به یک مدار دایره ای شکل، از حضور الکترون در فضای سه بعدی به نام اوربیتال سخن به میان آورد. او پس از انجام محاسبه های بسیار پیچیدهٔ ریاضی نتیجه گرفت همان گونه که برای مشخص کردن مکان یک جسم در فضا به سه عدد (طول، عرض و ارتفاع) نیاز است، برای مشخص کردن هر یک از اوربیتال های یک اتم نیز به چنین داده هایی نیاز داریم. شرودینگر به این منظور از سه عدد l، n و m استفاده کرد که عددهای کوانتومی خوانده می شوند.n که عدد کوانتومی اصلی گفته می شود، همان عددی ست که بور برای مشخص کردن ترازهای انرژی در مدل خود بکار برده بود. در مدل کوانتومی به جای ترازهای انرژی از واژهٔ لایه های الکترونی استفاده می شود و n تراز انرژی آن ها را معین می کند. n=۱ پایدارترین لایهٔ الکترونی را نشان می دهد و هرچه n بالاتر می رود، تراز انرژی لایهٔ الکترونی افزایش می یابد. پیرامون هستهٔ اتم حداکثر هفت لایهٔ الکترونی مشاهده شده است. مقادیر مجاز برای عدد کوانتومی اصلی n عددهای صحیح مثبت ۱، ۲، ۳ ... هستند.مشاهده ها نشان داده است که الکترون های موجود در یک لایهٔ الکترونی، گروه های کوچکتری نیز تشکیل می دهند. به هر یک از این گروه ها زیرلایه می گویند. n تعداد زیرلایه های هر لایهٔ الکترونی را مشخص می کند. برای مثال در لایهٔ الکترونی n=۲ دو زیرلایه وجود دارد. زیرلایه ها را با عدد کوانتومی اوربیتالی l مشخص می کنند. l می تواند عددهای صحیح ۰ تا n-۱ را در بر بگیرد. این مقادیر عددی را با حروف s (برای l=۰) یا p (برای l=۱) یا d (برای l=۲) یا f (برای l=۳) نشان می دهند. برای مثال در دومین لایهٔ الکترونی (n=۲) دو زیرلایهٔ s و p وجود دارند. افزون براین l شکل و تعداد اوربیتال ها راهم مشخص می کند. شکل اوربیتال های موجود در زیرلایهٔ s و p به ترتیب کروی و دمبلی است.سومین عدد کوانتومی که عدد کوانتومی مغناطیسی m گفته می شود، جهت گیری اوربیتال ها در فضا را مشخص می کند. m همهٔ عددهای صحیح بین l- تا l+ را در بر می گیرد. برای مثال اگر l=۱ باشد، برای m مقادیر ۱-، ۰ و ۱+ بدست می آید.در هر زیرلایه به تعداد ۲l+۱ اوربیتال وجود دارد.

عدد کوانتومی (quantum number)
در فیزیک، یکی از چهار عددی که مجموعۀ آن ها ویژگی انحصاری الکترون و حالت آن را در اتم به دست می دهد. عدد کوانتومی اصلی n تراز انرژی اصلی الکترون را مشخص می کند. عدد کوانتومی مداری l با تکانۀ زاویه ای الکترون مرتبط است. عدد کوانتومی مغناطیسی m توصیف کنندۀ انرژی الکترون در میدان مغناطیسی است و عدد کوانتومی اسپینی ms جهت اسپین الکترون را به دست می دهد. عدد کوانتومی اصلی معرف تراز انرژی الکترون و متناظر با پوسته های اتمی است که با نمادهای طیف شناختی K، L، M، و غیره نیز مشخص می شوند. عدد کوانتومی مداری منجربه پیدایش مجموعه ای از زیرپوسته ها با نمادهای طیف شناختی f، d، p، s و غیره می شود که ترازهای انرژی شان اندکی با هم اختلاف دارند. عدد کوانتومی مغناطیسی تقسیم جزئی تر زیرپوسته ها را امکان پذیر می سازد. مثلاً زیرپوستۀ p را به سه زیرپوستۀ فرعی py،py، و pz، با تراز انرژی یکسان، تقسیم می کند. در هر اتم هیچ دو الکترونی مجموعه های یکسانی از عددهای کوانتومی ندارند (اصل طَرد پائولی).