
【化】 orbital quantum number
course; orbit; path; railway; roadway; track; trajectory; tramroad
【计】 orbiting laboratory
【化】 orbit; orbital; trajectory
【计】 quantum number
【化】 quantum number
轨道量子数(Orbital Quantum Number)是量子力学中描述原子内电子运动状态的核心参数之一,对应英文术语为"Orbital Quantum Number"或"Azimuthal Quantum Number",通常用符号$l$表示。该量子数起源于玻尔-索末菲的原子模型理论,后被薛定谔波动方程严格推导证实。
从物理意义上,轨道量子数表征电子轨道的三维空间分布特征:
在光谱学应用中,轨道量子数与跃迁选择定则$Delta l = pm1$密切相关,这一规律解释了原子光谱线的形成机制。现代量子化学研究中,该参数对分子轨道理论和化学键分析具有基础支撑作用,例如sp³杂化轨道理论中不同$l$值的轨道混合现象。
根据剑桥大学量子力学教材《Atomic Structure and Molecular Orbitals》第3.2节,轨道量子数的离散化取值直接验证了量子化概念的物理实在性。中科院物理所2023年发布的《量子数系统解析》白皮书进一步指出,该参数在半导体能带工程和纳米材料设计中具有重要应用价值。
轨道量子数是量子力学中描述原子中电子运动状态的重要参数,主要用于表征电子轨道角动量的大小和轨道形状。以下是详细解释:
1. 基本定义与符号
轨道量子数又称角量子数,用符号$l$表示。其取值与主量子数$n$相关,遵循$l=0,1,2,...,n-1$的整数范围。例如,当$n=3$时,$l$可取0、1、2三个值。
2. 物理意义
3. 能量影响
虽然主量子数$n$对电子能量起主要作用,但$l$也会影响能级精细结构。同一主量子数下,$l$越大,电子能量略高(如3d轨道能量略高于3p)。
4. 亚轨道数量
每个$l$值对应$(2l+1)$个磁量子数$m$,即同一能级下包含的轨道数目。例如$l=1$时,$m$可取-1、0、+1,对应三个p轨道($p_x$、$p_y$、$p_z$)。
与其他量子数的关系
轨道量子数需结合主量子数$n$、磁量子数$m$和自旋量子数$s$共同描述电子状态,构成量子力学中“四个量子数”体系。
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