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Quantenzahl-Rechner

Die Zahlen 2, 1, 0 und +1/2 beschreiben ein gültiges Elektron in einem 2p-Orbital, das 2 Elektronen fasst. Geben Sie n, l, ml und ms ein, um sie nach den Auswahlregeln zu prüfen und Orbital, Unterschalen- und Schalenkapazität zu erhalten. Kostenlos in Ihrem Browser.

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Wenn Sie eingeben
N
2
L
1
Ml
0
Ms
0,5
Erhalten Sie
Orbital
2p
Orbitalbuchstabe
p
Bezeichnung von ms
+1/2
Zulässige Elektronenzahl
2

Vier Quantenzahlen kennzeichnen eindeutig jeden erlaubten Elektronenzustand in einem wasserstoffähnlichen Atom: die Hauptquantenzahl n, die Nebenquantenzahl l, die magnetische Quantenzahl ml und die Spinquantenzahl ms. Dieser Quantenzahl-Rechner prüft jene vier Werte an den spektroskopischen Auswahlregeln, benennt das Orbital und liefert die Orbitalkapazität — die Elektronenzahl, die dieses räumliche Orbital nach dem Pauli-Ausschlussprinzip aufnehmen kann. Lernende, die Hausaufgaben prüfen, Tutorinnen, die Autobewerter bauen, und Hefte, die ein unzulässiges l oder ml ablehnen müssen, brauchen einen deterministischen Vertrag statt einer Tabelle vom Lehrbuchrand.

Was die vier Quantenzahlen bedeuten und welche Kombinationen zulässig sind

Die vier Quantenzahlen eines Elektrons in einem Zentralpotenzial sind keine unabhängigen Etiketten, die Sie aus vier unverbundenen Menüs wählen. Die Hauptquantenzahl n ist eine positive ganze Zahl, die die Schale und die Energieskala eines wasserstoffähnlichen Atoms festlegt. Die Nebenquantenzahl l, auch Bahndrehimpulsquantenzahl, ist eine ganze Zahl von null bis n minus eins; sie benennt die Unterschale und den spektroskopischen Buchstaben der Orbitalnotation.

Die magnetische Quantenzahl ml ist eine ganze Zahl von minus l bis plus l und unterscheidet die räumlichen Orbitale innerhalb jener Unterschale. Die magnetische Spinquantenzahl ms ist nur plus einhalb oder minus einhalb, die zwei Projektionen des Elektronenspins einhalb längs der Quantisierungsachse. Zusammen wählen sie einen eindeutigen Einelektronenzustand.

Dieser Rechner erzwingt jene Ungleichungen in dieser Reihenfolge: zuerst n, dann l gegen n, danach ml gegen l, zuletzt ms gegen die zwei erlaubten Halbzahlen. Eine Kombination wie n gleich zwei und l gleich zwei ist unzulässig, weil l n nicht erreichen darf, und eine magnetische Zahl, deren Betrag l übersteigt, ist unzulässig, selbst wenn n und l in Ordnung sind. Der Orbitalname ist n gefolgt vom spektroskopischen Buchstaben von l, sodass zwei und eins zu 2p, drei und zwei zu 3d und eins und null zu 1s werden.

Die Buchstaben folgen der üblichen Folge s, p, d, f, g, h, i, k und weiter, unter Auslassung von j. Das sind dieselben wasserstoffähnlichen Auswahlregeln, die in der allgemeinen Chemie und in der einführenden Quantenmechanik gelehrt werden; sie kodieren keine Mehrelektronen-Termsymbole, den Gesamtdrehimpuls J und nicht die relativistische Feinstruktur, die andere Modelle und andere Suchen sind.

Schulische Prüfungen der Auswahlregeln

Lassen Sie Lernende n, l, ml und ms senden und den Orbitalnamen plus die erlaubte Elektronenzahl prüfen, mit einem klaren Fehler, wenn l ≥ n oder |ml| > l.

Atomstruktur-Erklärungen und Laborhefte

Binden Sie einen Live-Quantenzahl-Rechner in einen Artikel über Schalen und Unterschalen ein, oder wandeln Sie gespeicherte (n, l, ml, ms)-Tupel in Orbitaletiketten und Kapazitäten in einem Laborheft.

Wie prüfe ich die Quantenzahlen n, l, ml und ms?

Senden Sie endliche ganze Zahlen n (1–20), l (0 bis n−1) und ml (−l bis +l), plus ms gleich 0.5 oder −0.5.

Warum darf l nicht gleich n sein?

Weil die Nebenquantenzahl nur von null bis n minus eins reicht. Eine Hauptquantenzahl 2 erlaubt l gleich 0 oder 1, eine Kombination mit l gleich 2 wird daher abgelehnt.

Wie viele Elektronen passen in eine Unterschale oder Schale?

Jedes Orbital fasst 2, eine Unterschale 2(2l+1) und eine Schale 2n². Bei einem 2p-Zustand sind das 6 Elektronen in der Unterschale und 8 in der ganzen zweiten Schale.

Wie gebe ich die Spinquantenzahl ein?

Als plus ein halb oder minus ein halb, geschrieben 0,5 oder −0,5. Jeder andere Wert wird abgelehnt, weil der Elektronenspin nur diese beiden Einstellungen hat.

Liefert der Rechner die Elektronenkonfiguration eines Elements?

Nein. Er prüft einen einzelnen Elektronenzustand und benennt sein Orbital, schlägt aber nie eine Grundzustandskonfiguration aus der Ordnungszahl nach. Dafür nutzen Sie ein Werkzeug für Elektronenkonfigurationen.

Alles auf dieser Seite ist auch per API verfügbar. Dieser Abschnitt richtet sich an Teams, die es in ihre eigenen Systeme einbinden möchten; alle anderen nutzen einfach das Tool oben.

POSThttps://api.kit.forhosting.com/phys/quantum-number

Authentifizierung per Bearer-Token. Ein einziger POST stellt die Aufgabe in die Warteschlange; das Ergebnis erhalten Sie per Webhook oder über einen signierten Link.

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/phys/quantum-number \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"n":2,"l":1,"ml":0,"ms":0.5}'
{
  "n": 2,
  "l": 1,
  "ml": 0,
  "ms": 0.5
}
{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "phys.quantum_number",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

Die API arbeitet asynchron: Sie erhalten sofort eine task_id. Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt.

pro Anfrage$0.002

Der Preis steht auf der Seite – keine Tokens, keine Credits. Fehlgeschlagene Aufgaben werden nicht berechnet.

max_n20
HTTPCodeBedeutung
401unauthorizedDer API-Schlüssel fehlt oder ist ungültig – prüfen Sie den Authorization-Header (Bearer).
402insufficient_balanceIhr Guthaben reicht für diese Aufgabe nicht aus – Aufladungen verfallen nicht.
404unknown_typeUnbekannter Aufgabentyp – prüfen Sie das Feld „type“ gegen den Katalog.
429rate_limitedZu viele Anfragen – warten Sie kurz; Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt.

Eine Quantenzahl außerhalb des Bereichs scheitert mit invalid_input und wird nicht berechnet. Erfolgreiche API-Aufrufe kosten $0.002; fehlgeschlagene Prüfung wird nicht berechnet.

Eingabevertrag, Orbitalkapazität und was geschieht, wenn eine Quantenzahl unzulässig ist

Auswahlregel-Fehler nennen die störende Quantenzahl und den legalen Bereich: n muss zwischen eins und zwanzig einschließlich liegen, damit spektroskopische Buchstaben definiert bleiben, l muss null bis n minus eins erfüllen, und ml minus l bis plus l. Formula wiederholt die Ungleichungen und die drei Kapazitätsidentitäten. Die Engine schlägt niemals eine Grundzustandskonfiguration aus der Ordnungszahl nach; jene Suche gehört zu einem Elektronenkonfigurationswerkzeug, nicht zu diesem Quantenzahlprüfer. Senden Sie einen JSON-Körper mit vier Pflichtfeldern: n, die Hauptquantenzahl; l, die Nebenquantenzahl; ml, die magnetische Quantenzahl; und ms, die Spinprojektion. Jedes von n, l und ml muss eine endliche ganze Zahl sein, als JSON-Zahl oder als strenge numerische Zeichenkette. Das Spinfeld muss plus einhalb oder minus einhalb sein, geschrieben als 0.5 oder minus 0.5. Die Aliase principal, azimuthal, ell, magnetic, m, m_l, spin und m_s werden akzeptiert, damit Laborhefte und vorhandene Nutzlasten ohne Umbenennen des Schlüssels abgebildet werden. Fehlende Felder, leere Zeichenketten, Nichtganzzahlen und nichtendliche Token scheitern mit invalid_input unter Nennung des Feldes und werden nicht berechnet. Bei Erfolg spiegelt der Körper die vier Zahlen, setzt valid auf true, meldet orbital und orbital_letter, beschriftet ms als +1/2 oder -1/2 und liefert allowed_electron_count gleich der Orbitalkapazität zwei, weil ein räumliches Orbital, das durch n, l und ml festgelegt ist, zwei Elektronen entgegengesetzten Spins nach Pauli aufnimmt. Dieselbe Nutzlast meldet auch subshell_capacity als zwei mal zwei l plus eins und shell_capacity als zwei n zum Quadrat, plus die Liste allowed_l für dieses n und die Liste allowed_ml für dieses l, damit ein Bewerter die legalen Nachbarn ohne einen zweiten Aufruf zeigen kann.

Wo ein Quantenzahl-Rechner sich lohnt und was er kostet

Klassenräume und Nachhilfeplattformen nutzen einen Quantenzahl-Rechner, damit Lernende prüfen, ob ein angegebenes n, l, ml, ms-Tupel legal ist und wie viele Elektronen jenes Orbital, jene Unterschale und jene Schale aufnehmen dürfen, ohne das Vorzeichen von ml zu verdrehen oder aus Gewohnheit l gleich n zu schreiben. Laborhefte, die bereits vier Quantenzahlen speichern, können sie in ein Orbitaletikett und eine Kapazität wandeln, ohne ein Computeralgebrasystem. Fehlgeschlagene Validierung wird nicht berechnet. Senden Sie keine Ordnungszahl und erwarten Sie keine Grundzustandskonfiguration, und senden Sie keine spektroskopischen Termsymbole in der Erwartung eines Gesamt-J-Decoders; dieser Endpunkt prüft Einelektronen-Quantenzahlen wasserstoffähnlicher Atome und liefert nur Orbital-, Unterschalen- und Schalenkapazitäten. Prüfungsgeneratoren und LMS-Erweiterungen brauchen ein deterministisches Orakel, das eine unzulässige magnetische Zahl als invalid_input markiert, statt still eine Kapazität zurückzugeben, die ein fehlerhafter Bewerter als Erfolg werten könnte. Weil die Umsetzung reines Parse der Stufe A ist, kostet jeder erfolgreiche Aufruf den veröffentlichten Grundpreis $0.002, ohne Modelltoken und ohne ausgehendes Netz. Nutzen Sie das Seitenwerkzeug für einen einzelnen Elektronenzustand am Schreibtisch; nutzen Sie die API, wenn ein Bewerter, eine CMS-Erweiterung oder eine Datenpipeline denselben Vertrag unter KIT-Guthaben braucht. Heften Sie allowed_electron_count in Tests fest, halten Sie n im veröffentlichten Bereich, und Sie erhalten reproduzierbare Auswahlregelprüfungen für Hausaufgaben, Erklärungen und Randworker, ohne eine eigene symbolische Physikinfrastruktur aufzustellen.

Prüfungsgeneratoren und automatische LMS-Bewertung

Bewerten Sie Quantenzahl-Aufgaben mit einem deterministischen Orakel, das unzulässige Kombinationen als invalid_input ablehnt, statt eine Kapazität zu erfinden.

Welche erlaubte Elektronenzahl liefert der Rechner?

allowed_electron_count ist die Orbitalkapazität 2 (Pauli-Besetzung des räumlichen Orbitals n, l, ml). Dieselbe Nutzlast meldet auch subshell_capacity = 2(2l+1) und shell_capacity = 2n².

Warum ist l = 2 unzulässig, wenn n = 2?

Die Nebenquantenzahl muss 0 ≤ l ≤ n−1 erfüllen. Für n = 2 sind die legalen Werte 0 und 1 (2s und 2p). l = 2 wäre eine 2d-Unterschale, die wasserstoffähnliche Auswahlregeln verbieten; die Aufgabe scheitert mit invalid_input.

Welche Werte von ms sind zulässig?

Nur +1/2 und −1/2, geschrieben als die JSON-Zahlen 0.5 und −0.5. Jede andere Spinprojektion, einschließlich ±1, wird mit invalid_input abgelehnt und nicht berechnet.

Was kostet der Quantenzahl-Rechner?

Das Browserwerkzeug ist kostenlos. API-Anfragen nutzen prepaid KIT-Guthaben zu $0.002 je erfolgreichem Aufruf; ungültige Eingabe wird nicht berechnet.

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