角量子数(
英语:Azimuthal quantum number),即轨域
角动量的量子数,通常用小写英文字母l来表示。从
经典力学的概念可知,任何
旋转体都有绕轴的角动量,它是一个
矢量。在
量子力学中,角量子数描述的角动量不是连续变动的,而是取不同的离散值,表现出量子化的特性。在原子物理学中,角量子数决定了
电子云的形状,对应于不同的
原子轨道类型。
角
量子数和能量有关的量子数。从经典力学的概念可知,任何旋转体都有绕轴的角动量。
角量子数l确定
原子轨道的形状并在多
电子原子中和
主量子数一起决定电子的
能级。电子绕核运动,不仅具有一定的能量,而且也有一定的
角动量M, 它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时,即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关,即原子轨道的轨道是球形对称的;如l=1时,其
原子轨道呈哑铃形分布;如l=2时,则呈花瓣形分布。对于给定的n值,
量子力学证明l只能取小于n的正整数:l=0,1,2,3(n-1)
磁量子数m 磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。某种形状的原子轨道,可以在空间取不同方向的伸展方向,从而得到几个空间取向不同的原子轨道。
这是根据线状光谱在
磁场中还能发生分裂,显示出微小的能量差别的现象得出的结果。磁
量子数可以取m=0,±1,±2±l
自旋量子数ms 直接从
薛定谔方程得不到第四个量子数——自旋量子数ms,它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的
原子光谱,发现大多数
谱线其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为
电子在核外运动,还可以取数值相同,方向相反的两种运动状态,通常用↑和↓表示。
角量子数(azimuthal quantum number)的引入是由于电子绕核运动时,不仅具有一定的能量,而且也具有一定的
角动量。
角量子数决定电子空间运动的角动量,以及
原子轨道或
电子云的形状,在多电子原子中与
主量子数n共同决定电子能量高低。对于一定的n值,l可取0,1,2,3,4 n-1等共n个值,用
光谱学上的符号相应表示为s,p,d,f,g等。角量子数l表示
电子的亚层或
能级。一个n值可以有多个l值,如n=3表示第三
电子层,l值可有0,1,2,分别表示3s,3p,3d亚层,相应的电子分别称为3s,3p,3d电子。它们的原子轨道和电子云的形状分别为球形对称,哑铃形和四瓣梅花形,对于多电子原子来说,这三个亚层能量为E3d\u003eE3p\u003eE3s,即n值一定时,l值越大,亚层能级越高。在描述多电子
原子系统的能量状态时,需要用n和l两个
量子数。
角量子数l确定
原子轨道的形状并在多
电子原子中和
主量子数一起决定电子的
能级。电子绕核运动,不仅具有一定的能量,而且也有一定的
角动量M,它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时,即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关,即原子轨道的轨道是球形对称的;如对于双原子体系,l=1时,其原子轨道呈哑铃形分布;如l=2时,则呈花瓣形分布。