四个量子数

1.主量子数（ n ）

【主量子数（principal quantum number）用来描述核外电子出现概率最大区域离核的平均距离，是决定电子运动能量高低的主要因素】。

原子中，主量子数n相同的电子，可认为在同一区域内运动，区域又称电子层。n值可取1，2，3…的正整数，分别为第一电子层，第二电子层，第三电子层…，并用相应的电子层符号表示为K，L，M，N，O，P，Q…【单电子原子中电子的能量由主量子数n决定】。

n值越大，电子离核的平均距离就越远，所处的状态能级越高，则电子运动的能量E越高。

2.角量子数（ l ）

角量子数（azimuthal quantum number）的引入是由于电子绕核运动时，还具有一定的角动量，角动量的绝对值和角量子数l的关系式为：

【角量子数 l 用来描述原子轨道的形状，反映空间不同角度电子的分布】。

l的取值受主量子数n的限约，当主量子数n确定时，l可取l=0，1，2，3…（n—1），包括零和小于n的正整数，共可取n个值，并用相应的轨道符号表示。如n=4时，l=0，1，2，3，轨道符号分别为s，p，d，f。不同的l值对应的电子运动的轨道形状是不同的。s轨道形状为球形对称，p轨道形状为哑铃形，d轨道形状为花瓣形，f轨道形状更复杂。【多电子原子中电子的能量除了与主量子数n有关外，也与角量子数l有关】。当n、l取值相同时，则电子的能量相同。当n相同、l不同时，电子的能量随l值增大而增大。

3.磁量子数（ m ）

【磁量子数（magnetic quantum number）描述原子轨道在空间不同角度的取向】。

m的取值，受角量子数l的限约，当角量子数l确定时，m=0，±1，±2，…，±l，只能取小于或等于l的整数，共可取2l+1个值。对于n和l相同、m不同的轨道，尽管原子轨道有不同角度的取向，但轨道的能量相同，称为等价轨道（equivalent orbital）或简并轨道（degen-erate orbital）。m与l的关系为：当l=0 s轨道m=0 一种取向，无方向性。

l=1 p轨道m=+1，0，—1 三种取向，为三个等价轨道。

l=2 d轨道m=+2，+1，0，—1，—2 五种取向，为五个等价轨道。

l=3 f轨道m=+3，+2，+1，0，—1，—2，—3 七种取向，为七个等价轨道。

每一个原子轨道是指n、l、m组合一定时的波函数ψ_n，l，m，代表原子轨道的能量、在空间的形状和取向。用n和l表示的各原子轨道，能量不同，称为能级。例如：n=1，l=0，m=0时，记为ψ_1，0，0或ψ_1s，为1_s轨道，称为1_s能级；n=2，l=1，m=0时，记为ψ_2，1，0或ψ_2pz，为2p_z轨道，称为2p_z能级等。

当三个量子数的各自数值确定时，波函数ψ_n，l，m函数值即确定，该原子轨道的形状、空间角度取向、离核远近及能量也随之确定。

4.自旋量子数（ _{s i} ）

自旋量子数（spin quantun number）是根据氢原子光谱具有精细结构（每一根谱线是由二根靠得很近的谱线组成）引入的，认为原子中的电子除绕核作高速运动外，还绕自己的轴作自旋运动。电子的自旋运动用自旋量子数_si表示。【自旋量子数只能取两个值，即_si=+1/2和_si=—1/2，表明电子在每个原子轨道中的运动可有自旋相反的两种运动状态】。通常用↑和↓表示，即顺时针自旋和逆时针自旋。

综上所述，每一个原子轨道由三个量子数n、l、m确定，每一个电子可用四个量子数来描述它的运动状态。

四个量子数的取值是相互限约的，核外电子运动的状态数受主量子数n值限约。【在同一原子中，不能有四个量子数完全相同的两个电子存在，称为泡里不相容原理】。因此，各电子层最多可容纳2n²个电子。表1-1列出了各电子层中电子最多可容纳的运动状态数。

表1-1 核外电子运动的状态数

续表