Kvantové čísla: Formy, atómový orbitál a príklady

Kvantové číslo je číslo, ktoré má zvláštny význam alebo parameter na opísanie stavu kvantového systému.

Spočiatku sme možno študovali niektoré jednoduché atómové teórie, napríklad teóriu Johna Daltona. Technologický vývoj však viedol k novým teóriám o atóme.

Predtým sme vedeli o atómovej teórii Nielsa Bohra, ktorá uvádza, že atómy sa môžu pohybovať okolo atómového jadra na svojej trajektórii.

Ale o niekoľko rokov neskôr sa po objave teórie dualizmu vln častice zrodila nová atómová teória známa ako kvantová teória.

Kvantová teória atómu poskytuje významné zmeny v atómovom modeli.

V kvantovej teórii sú atómy modelované vo forme čísel alebo tzv kvantové číslo. Pre viac podrobností sa pozrime, čo je to bil. kvantová.

predbežné

„Kvantové číslo je číslo, ktoré má zvláštny význam alebo parameter na opísanie stavu kvantového systému.“

Spočiatku túto teóriu predložil slávny fyzik Erwin Schrödinger s teóriou, ktorá sa často nazýva teória kvantovej mechaniky.

Atómový model, ktorý ako prvý vyriešil, bol model atómu vodíka pomocou vlnovej rovnice na získanie bil. kvantová.

Z tohto počtu môžeme vedieť o modeli atómu vychádzajúcom z atómových orbitálov, ktoré popisujú neutróny a elektróny v nich a správanie sa atómu.

Je však potrebné poznamenať, že model kvantovej teórie je založený na neistote pozícií elektrónov. Elektrón nie je ako planéta obiehajúca okolo hviezdy na jej obežnej dráhe. Elektróny sa však pohybujú podľa vlnovej rovnice, takže poloha elektrónu sa dá iba „predpovedať“ alebo je známa pravdepodobnosť.

Teória kvantovej mechaniky preto produkuje niekoľko pravdepodobností elektrónov, aby bolo možné určiť rozsah rozptýlených elektrónov alebo takzvaných orbitálov.

Čo je to vlastne kvantové číslo?

V zásade sa kvantové číslo skladá zo štyroch súborov čísel, a to:

• Hlavné kvantové číslo (n)
• Azimutové číslo (l)
• Magnetické číslo (m)
• Číslo (čísla) odstreďovania.

Zo štyroch vyššie uvedených číselných skupín možno tiež poznať úroveň, veľkosť, tvar, orbitálnu radiálnu pravdepodobnosť alebo dokonca jej orientáciu.

Okrem toho číslo rotácie môže tiež popisovať moment hybnosti alebo rotáciu elektrónu v obežnej dráhe. Podrobnejšie sa pozrieme po jednom na základné prvky bil. kvantová.

1. Hlavné kvantové číslo (n)

Ako vieme, hlavné kvantové číslo popisuje hlavnú charakteristiku atómu, konkrétne energetickú hladinu.

Čím vyššia je hodnota tohto čísla, tým vyššia je energetická úroveň orbitalov, ktorú má atóm.

Pretože atóm má škrupinu najmenej 1, hlavné kvantové číslo sa píše ako kladné celé číslo (1,2,3, ...).

2. Kvantové číslo azimutu (l)

Za hlavným kvantovým číslom sú čísla, ktoré sa nazývajú bil. kvantový azimut.

Kvantové číslo azimutu popisuje orbitálny tvar, ktorý má atóm. Orbitálny tvar sa týka miesta alebo subshell, ktoré môže elektrón obsadzovať.

Písomne ​​sa toto číslo píše odpočítaním bil. hlavné kvantum s jedným (l = n-1).

Ak má atóm 3 škrupiny, potom je azimutové číslo 2 alebo inými slovami, existujú 2 podškrupiny, v ktorých môžu byť prítomné elektróny.

3. Kvantové magnetické číslo (m)

Po poznaní tvaru orbitálu s azimutovým číslom je možné orientáciu orbitálu vidieť aj pomocou bi. kvantová magnetická.

Predmetná orbitálna orientácia je poloha alebo smer obežnej dráhy, ktorú má atóm. Orbitál má najmenej plus a mínus hodnotu svojho azimutového čísla (m = ± l).

Predpokladajme, že atóm má číslo l = 3, potom je magnetické číslo (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) alebo inými slovami, atóm môže mať 7 typov orientácie.

4. Kvantové čísla spinov

V zásade majú elektróny vnútornú identitu nazývanú moment hybnosti alebo to, čo sa bežne nazýva spin.

Táto identita je potom opísaná číslom, ktoré sa nazýva spinové kvantové číslo.

Popísaná hodnota je iba kladná alebo záporná hodnota zatočenia alebo všeobecne známa ako roztáčanie hore a dole.

Preto bil. spinové kvantum sa skladá iba z (+1/2 a -1/2). Ak bil. kvantum má počet spinov +1/2, takže elektróny majú orientáciu spin up.

Nižšie uvádzame príklad tabuľky kvantových čísel, aby ste pochopili viac informácií o účtoch. kvantová.

Atómový orbitál

Predtým sme sa dozvedeli, že orbitál je miesto alebo priestor, ktorý môže obsadiť atóm.

Aby ste pochopili orbitaly, pozrime sa na obrázok nižšie.

Obrázok hore je formou obežnej dráhy atómu. Šípka na obrázku vyššie ukazuje orbitál alebo priestor, ktorý by elektrón mohol zaberať.

Z vyššie uvedeného obrázku vidíme, že atóm má dva priestory, ktoré môžu byť obsadené elektrónmi.

Atóm má štyri typy čiastkových škrupín, a to s, p, d a f. Pretože podškrupiny na atóme sú rôzne, líši sa aj tvar orbitalov.

Nasleduje niekoľko popisov orbitálov, ktoré má atóm.

Konfigurácia elektrónov

Po tom, čo sme vedeli, ako modelovať atóm podľa kvantovej mechanickej teórie, si rozoberieme konfiguráciu alebo usporiadanie elektrónov na atómových orbitáloch.

Existujú tri hlavné pravidlá, ktoré tvoria základ usporiadania elektrónov v atómoch. Tri pravidlá sú:

1. Princíp Aufbau

Aufbauov princíp je pravidlo usporiadania elektrónov, pri ktorom elektróny obsadzujú najskôr orbitaly s najnižšou úrovňou energie.

Aby ste sa nenechali zmiasť, na obrázku nižšie sú pravidlá usporiadania podľa princípu Aufbau.

2. Pauliho zákaz

Každé usporiadanie elektrónov sa môže plniť od najnižšej úrovne obežnej energie po najvyššiu.

Pauli však zdôraznil, že v jednom atóme je nemožné pozostávať z dvoch elektrónov, ktoré majú rovnaké kvantové číslo. Každý orbitál môžu obsadiť iba dva typy elektrónov, ktoré majú opačné rotácie.

3. Hundovo pravidlo

Ak sa elektrón zapĺňa na rovnakej úrovni energie na obežnej dráhe, potom umiestnenie elektrónov začína naplnením roztočených elektrónov najskôr v každej dráhe, počnúc nízkou úrovňou energie. Potom pokračujte v odstreďovaní.

Elektrónová konfigurácia je tiež často zjednodušená prvkami vzácneho plynu, ako je uvedené vyššie.

Okrem toho sa tiež našli anomálie v konfigurácii elektrónov, napríklad v podškrupine d. V d-škrupine majú elektróny tendenciu byť čiastočne naplnené alebo úplne naplnené. Preto má konfigurácia atómu Cr konfiguráciu ₂₄Cr: [Ar] 4s13d5.

Príklad problémov

Tu je niekoľko príkladov otázok na lepšie pochopenie účtov. kvantová

Príklad 1

Elektrón má hodnotu základného kvantového čísla (n) = 5. Určite každý účet. iné kvantum?

Odpoveď

 Hodnota n = 5
Hodnota l = 0,1,2 a 3
Hodnota m = medzi -1 a +1
Pre hodnotu l = 3 je hodnota m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Príklad 2

Určte elektrónovú konfiguráciu a elektrónovú schému atómu prvku ₃₂Ge

Odpoveď

₃₂Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 alebo [Ar] 4s2 3d10 4p2

Príklad 3

Určte elektrónovú konfiguráciu a elektrónový diagram iónu ₈O2−

Odpoveď

₈O2−: 1s2 2s2 2p6 alebo [He] 2s2 2p6 alebo [Ne] (pridané 2 elektróny: 2s2 2p4 + 2)

Príklad 4

Určte hlavné, azimutové a magnetické kvantové čísla, ktoré môže mať elektrón obsadzujúci úroveň 4d subenergie.

Odpoveď

n = 4 a l = 3. Ak l = 2, potom m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Príklad 5

Určite bil. kvantový prvok ₂₈Ni

Odpoveď

₂₈Ni = [Ar] 4s2 3d8