양자수에 대해서 알아보겠습니다.
양자수란
양자수는 원자 내 전자의 위치와 에너지(양자계)를 설명하는 데 사용되는 숫자의 집합(set of numbers)입니다. 대게 정수(integer)거나 반정수(±1/2)입니다. 원자 내 전자의 상태는 4가지 양자수(n, l, ml, ms)에 의해 결정됩니다.
- 양자역학에서 관찰되고 보존되는 물리량들이 양자화되어 이산적인 값을 가짐
- 양자화된 각각의 상태는 파동함수로 기술되며 파동함수(wafe function)는 슈뢰딩거 방정식의 해로 얻어짐
- 원자 안에서 전자의 에너지 등을 묘사하며 그 외에 각운동량이나 스핀 등에 대한 정보를 가짐
양자수 영어로
양자수는 영어로 Quantum Number입니다.
양자수 4가지
전자를 설명할 수 있는 양자수에는 총 4가지가 있습니다.
- 주 양자수(principal quantum number)
- 방위 양자수(azimuthal quantum number / orbital angular momentum quantum number)
- 자기 양자수(magnetic quantum number)
- 자기 스핀 양자수(magnetic spin quantum number)
양자수 4가지 요약
다음과 같이 요약할 수 있습니다.
주 양자수(principal quantum number)
- 주 양자수(n)는 원자의 오비탈 또는 원자가 가지는 에너지 준위를 나타냅니다. (electron levels of an atom)
- n이 1이면 이는 전자의 가장 낮은 에너지 상태에 해당하며 원자와 가장 가까운 안쪽 전자 껍질(innermost electron shell)을 나타냅니다.
- 전자에 에너지가 주입(infused with energy, "excited state")되면 전자는 더 높은 에너지 상태의 전자 껍질(outer shell)로 점프하고 n값 또한 증가합니다.
- 반대로 전자가 에너지를 잃으면(energy emission as light) 더 낮은 껍질(inner shell)로 이동하고 n값 또한 감소합니다.
물리적 특징
- 공전 궤도 반경(궤도 반경 크기)
- 주 양자수 n은 보어 모델 식에서의 n을 말함
양자화 특징
- 에너지의 양자화(궤도함수 에너지 크기)
- 궤도함수 에너지 크기는 부양자수 l값에도 일부분 의존함
- 하지만 주로 주 양자수 n값에 의존
방위 양자수(azimuthal quantum number)
- 방위 양자수(l)은 각 양자수 또는 궤도 양자수라고 알려져 있으며 오비탈의 각운동량을 결정합니다.(shape of electron cloud)
- 방위 양자수의 값은 s, p, d, f 오비탈 모양을 알려줍니다.
방위 양자수와 오비탈 모양
물리적 특징
- 전자 구름의 일반적 모양 (궤도 함수의 모양)
양자화 특징
- 각 운동량의 양자화
자기 양자수(magnetic quantum number)
- 자기 양자수(ml)는 전자 구름이 좌표계에서 어떤 방향으로 위치해 있는지 알려주는 양자수입니다.(orientation of the electron cloud)
물리적 특징
- 궤도면의 방향/기울기 (궤도면 배향)
양자화 특징
- 공간 양자화(궤도함수 방향의 양자화)
자기 스핀 양자수(magnetic spin quantum number)
- 자기 스핀 양자수(ms)는 주어진 입자의 각 운동량을 나타내는 양자수입니다.(spin of electron)
- ms이 가질 수 있는 스핀상태는+1/2와 -1/2로 두 가지 상태입니다.
스핀 양자수가 상기 3가지 양자수(n, l, ml)와 다른 점
- 위 3가지 양자수는 원자 내 궤도함수의 크기(에너지), 모양, 방향을 나타냄
- 스핀 양자수는 전하의 종류(+, -)처럼 전자 고유의 성질을 나타냄
- 2개 이상의 전자가 존재할 때만 의미 있음
양자수와 오비탈의 예
각기 다른 양자수의 조합(n, l, ml)이 보여주는 오비탈의 예를 다음과 같이 보여줍니다.
정보 인용웹사이트
https://www.youtube.com/watch?v=tq_y1qOmUBE&t=575s
https://www.youtube.com/watch?v=accyCUzasa0
https://www.youtube.com/watch?v=fP2TAw7NnVU&t=746s
https://www.youtube.com/watch?v=Aoi4j8es4gQ&t=462s
https://www.youtube.com/watch?v=oLd-6UytkIU
https://www.youtube.com/watch?v=kpa_HO6yy18
https://www.youtube.com/watch?v=mc979OhitAg&t=540s
https://www.chemistrylearner.com/quantum-numbers.html
https://www.geeksforgeeks.org/quantum-numbers/
http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=4464
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