主量子数、方位量子数、磁気量子数


名前がもう物理・化学アレルギー反応を起こすに十分な感じです。
だが!!このサイトでできる限りやさしく解説します。
「わからない」で丸投げするのはもったいないことです。
じっくり、ゆっくり読んでみてください。
ここの内容は「へぇ、そうなんだ」くらいの計算です。
今までのことを業界用語で言い直しているだけです。

原子にはK殻、L殻、M殻…がある、ということは第1回で学んできました。
そして、その中にs軌道、p軌道、d軌道…がある、ということは第4回で説明がありました。

では、これらを決めている要素は何でしょうか。
それが、上に掲げた「主量子数、方位量子数、磁気量子数」なのです。

K殻は1番原子核に近いから1、L殻は2番目に近いから2、と通し番号を振ってみましょう。
文字を使って、K殻をn=1、L殻をn=2…とします。
要するに、自然数を原子核に近いものから対応させましょう、ということです。
もともと主量子数nは軌道の大きさとエネルギーを決定するものなので、本来は1、2、3…に対応してK殻、L殻、M殻…が決定しています。
要するに、主量子数nは電子が存在する電子殻を区別しているのです。

次に、方位量子数ですが、これは軌道の形を決定しています。
順番に、0、1、2、…、n-2、n-1の整数の値をとります。
nは主量子数ですね。
これはlで表され、それぞれ、s軌道、p軌道、d軌道…に対応しています。
球(s軌道)とか亜鈴状(p軌道)とかシュールな形(d軌道)とかを決めているんですね。
球も亜鈴状も「立体の形」ですよね。

最後は磁気量子数です。
こやつはmで表され、軌道の方向を決めます。
-l、-l+1…0…l-1、lの整数値をとります。

言われるだけじゃわかりにくいので、実際に式に値を当てはめてみましょう。
n=1のとき
 n=1だから、この電子はK殻に存在します。
 l=n-1=0だから、この場合は値は0だけです。したがって、一つ目のs軌道です。
 m=0(-0、+0は0です)だから、方向は1種類です。s軌道は方向は1つですね。
n=2のとき
 n=2だから、この電子はL殻に存在します。K殻が埋まってからL殻に電子が入るので、K殻にも電子は存在していることになります。
 l=n-1=1,l=0だから、lは0と1の値をとります。L殻はs軌道とp移動があるので、lは0と1の2つです。
 m=l-1=-1(l=0のとき),m=0,m=l+1(l=1のとき)だから、軌道の方向は3種類です。p軌道にはpx、py、pzの3方向があります。

と、このように(めんどくさいけど)計算で電子の軌道を決めることができるんですね。

それぞれの軌道にはエネルギー(主量子数)があります。
氷にエネルギーを与えてやれば水になります。
物質は、それがおかれた状態にもっとも適する形に変わるのです。
原子も同じです。
原子も熱を与えると電子が外側の殻(外殻)に移るのです。
これを励起といいますが、このときにエネルギーを奪っています。
熱が下がると励起していた電子は元に戻ります。
すると、電子が戻るときに、奪っていたエネルギーを戻します。
そのときの光のエネルギーが「色」として認識され(第3回参照)、「炎色反応」となるのです。

やっと炎色反応とつながりました。
次回はここまでの内容を踏まえて、しっかりと炎色反応を解説します。


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