Liczby kwantowe: formy, orbital atomowy i przykłady

Liczba kwantowa to liczba, która ma specjalne znaczenie lub parametr opisujący stan układu kwantowego.

Na początku mogliśmy przestudiować kilka prostych teorii atomowych, takich jak teoria Johna Daltona. Jednak rozwój technologiczny doprowadził do powstania nowych teorii na temat atomu.

Wcześniej wiedzieliśmy o teorii atomowej Nielsa Bohra, według której atomy mogą poruszać się wokół jądra atomowego po swojej trajektorii.

Ale kilka lat później, po odkryciu teorii dualizmu cząstka-fala, narodziła się nowa teoria atomowa, znana jako teoria kwantowa.

Kwantowa teoria atomu wprowadza istotne zmiany w modelu atomu.

W teorii kwantowej atomy są modelowane w postaci liczb lub tak zwanych liczb kwantowych . Aby uzyskać więcej informacji, przyjrzyjmy się, czym jest bil. kwant.

wstępny

„Liczba kwantowa to liczba, która ma specjalne znaczenie lub parametr opisujący stan układu kwantowego”.

Początkowo teorię tę wysunął słynny fizyk Erwin Schrödinger z teorią, która jest często nazywana teorią mechaniki kwantowej.

Model atomowy, który został przez niego po raz pierwszy rozwiązany, był modelem atomu wodoru za pomocą równania falowego w celu uzyskania bil. kwant.

Z tej liczby możemy poznać model atomu wychodząc z orbitali atomowych, które opisują zawarte w nich neutrony i elektrony oraz zachowanie atomu.

Należy jednak zauważyć, że model teorii kwantów opiera się na niepewności pozycji elektronów. Elektron nie jest jak planeta krążąca wokół gwiazdy na swojej orbicie. Jednak elektrony poruszają się zgodnie z równaniem falowym, tak że położenie elektronu można jedynie „przewidzieć” lub poznać jego prawdopodobieństwo.

Dlatego teoria mechaniki kwantowej wytwarza kilka prawdopodobieństw elektronowych, dzięki czemu zakres rozproszonych elektronów może być znany lub tak zwane orbitale.

Czym dokładnie jest liczba kwantowa?

Zasadniczo liczba kwantowa składa się z czterech zestawów liczb, a mianowicie:

• Główna liczba kwantowa (n)
• Liczba azymutu (l)
• Liczba magnetyczna (m)
• Liczba (y) wirowania.

Z czterech powyższych zestawów liczb można również poznać poziom energii orbity, rozmiar, kształt, promieniowe prawdopodobieństwo orbity, a nawet jego orientację.

Ponadto liczba spinowa może również opisywać moment pędu lub spin elektronu na orbicie. Aby uzyskać więcej informacji, przyjrzymy się pojedynczo elementom składającym się na rachunki. kwant.

1. główna liczba kwantowa (n)

Jak wiemy, główna liczba kwantowa opisuje główną cechę widzianą z atomu, a mianowicie poziom energii.

Im większa wartość tej liczby, tym wyższy poziom energii orbitali atomu.

Przeczytaj także: Asymilacja [Complete]: Definicja, terminy i pełne przykłady

Ponieważ atom ma powłokę co najmniej 1, główna liczba kwantowa jest zapisywana jako dodatnia liczba całkowita (1, 2, 3,…).

2. Azymut Kwantowa Liczba (l)

Po głównej liczbie kwantowej znajdują się liczby zwane bil. azymut kwantowy.

Liczba kwantowa azymutu opisuje kształt orbity atomu. Kształt orbity odnosi się do lokalizacji lub podpowłoki, którą może zajmować elektron.

Na piśmie liczbę tę zapisuje się odejmując bil. główny kwant z jedynką (l = n-1).

Jeśli atom ma 3 powłoki, to liczba azymutu wynosi 2 lub innymi słowy, istnieją 2 podpowłoki, w których mogą znajdować się elektrony.

3. Kwantowa liczba magnetyczna (m)

Po poznaniu kształtu orbitalu z liczbą azymutu, orientację orbitalu można również zobaczyć za pomocą bi. kwantowy magnetyczny.

Omawiana orientacja orbity to pozycja lub kierunek orbity, którą ma atom. Orbital ma co najmniej plus i minus wartość swojego numeru azymutu (m = ± l).

Załóżmy, że atom ma liczbę l = 3, a następnie jego liczba magnetyczna wynosi (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) lub innymi słowy, atom może mieć 7 typów orientacji.

4. Liczba kwantowa wirowania

Zasadniczo elektrony mają wewnętrzną tożsamość zwaną momentem pędu lub tak zwanym spinem.

Tożsamość jest następnie opisana liczbą zwaną spinową liczbą kwantową.

Opisana wartość to tylko dodatnia lub ujemna wartość spinu lub powszechnie znana jako rozpędzanie i rozpędzanie.

Stąd bil. kwant spinowy składa się tylko z (+1/2 i -1/2). Jeśli bil. kwant ma liczbę spinową +1/2, więc elektrony mają orientację spinową.

Poniżej znajduje się przykład tabeli liczb kwantowych, abyś mógł lepiej zrozumieć rachunki. kwant.

Orbital atomowy

Wcześniej dowiedzieliśmy się, że orbital to miejsce lub przestrzeń, którą może zajmować atom.

Abyś mógł zrozumieć orbitale, spójrzmy na poniższy obrazek.

Powyższe zdjęcie przedstawia jedną z form orbitalu atomu. Strzałka na powyższym obrazku pokazuje orbitę lub przestrzeń, którą może zajmować elektron.

Na powyższym obrazku widać, że atom ma dwie przestrzenie, które mogą być zajęte przez elektrony.

Atom ma cztery typy podpowłok, mianowicie podpowłoki s, p, d i f. Ponieważ podpowłoki na atomie są różne, kształt orbitali jest również inny.

Poniżej znajduje się kilka opisów orbitali, które ma atom.

Konfiguracja elektronów

Wiedząc, jak modelować atom zgodnie z teorią mechaniki kwantowej, omówimy konfigurację lub rozmieszczenie elektronów na orbitali atomowych.

Przeczytaj również: Równania wartości bezwzględnych (pełne wyjaśnienie i przykładowe problemy)

Istnieją trzy główne zasady, które stanowią podstawę ułożenia elektronów w atomach. Te trzy zasady to:

1. Zasada Aufbau

Zasada Aufbau to zasada uporządkowania elektronów, w której elektrony najpierw zajmują orbitale o najniższym poziomie energii.

Aby się nie pomylić, poniższy rysunek przedstawia zasady aranżacji zgodnie z zasadą Aufbau.

2. Zakaz Pauliego

Każdy układ elektronów może wypełnić się od najniższego poziomu energii orbity do najwyższego.

Pauli podkreślił jednak, że w jednym atomie nie można składać się z dwóch elektronów o tej samej liczbie kwantowej. Każdy orbital może być zajęty tylko przez dwa typy elektronów o przeciwnych spinach.

3. Reguła Hunda

Jeśli elektron wypełnia się na tym samym poziomie energii orbity, wówczas umieszczanie elektronów zaczyna się od wypełnienia spinów elektronów najpierw na każdym orbicie, zaczynając od niskiego poziomu energii. Następnie kontynuuj wypełnienie spin down.

Konfiguracja elektronów jest również często upraszczana za pomocą pierwiastków gazu szlachetnego, jak pokazano powyżej.

Ponadto stwierdzono również anomalie w konfiguracji elektronów, takie jak w podpowłoce d. W podpowłoce d elektrony są wypełnione w połowie lub całkowicie. Dlatego konfiguracja atomowa Cr ma konfigurację ₂₄ Cr: [Ar] 4s13d5.

Przykład problemów

Oto kilka przykładowych pytań, które pomogą lepiej zrozumieć liczby. kwant

Przykład 1

Elektron ma wartość głównej liczby kwantowej (n) = 5. Określ każdy rachunek. inny kwant?

Odpowiedź

 Wartość n = 5
Wartość l = 0,1,2 i 3
Wartość m = od -1 do +1
Dla wartości l = 3, wartość m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Przykład 2

Znajdź konfigurację elektronową i diagram elektronowy atomu ₃₂ pierwiastków Ge

Odpowiedź

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

Przykład 3

Znajdź konfigurację elektronową i diagram elektronowy jonu ₈ O2−

Odpowiedź

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 lub [He] 2s2 2p6 lub [Ne] (dodane 2 elektrony: 2s2 2p4 + 2)

Przykład 4

Określ liczbę podstawową, azymut i magnetyczne liczby kwantowe, które może mieć elektron zajmujący 4d podpoziom energii.

Odpowiedź

n = 4 i l = 3. Jeśli l = 2, to m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Przykład 5

Określ bil. pierwiastek kwantowy ₂₈ Ni

Odpowiedź

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8