Квантови числа: Форми, атомна орбитала и примери

Квантово число е число, което има специално значение или параметър за описание на състоянието на квантовата система.

Отначало може да сме изучавали някои прости атомни теории като теорията на Джон Далтън. Технологичното развитие обаче доведе до нови теории за атома.

По-рано бяхме знаели за атомната теория на Нилс Бор, която гласи, че атомите могат да се движат около атомното ядро ​​по своята траектория.

Но няколко години по-късно се ражда нова атомна теория, известна като квантова теория, след откриването на теорията за дуализма частици-вълни.

Квантовата теория на атома осигурява значителни промени в атомния модел.

В квантовата теория атомите се моделират под формата на числа или така наречените квантови числа . За повече подробности нека да разгледаме какво представлява сметката. квантов.

предварителен

"Квантовото число е число, което има специално значение или параметър, за да опише състоянието на квантовата система."

Отначало тази теория беше изложена от известния физик на име Ервин Шрьодингер с теория, която често се нарича теория на квантовата механика.

Атомният модел, който беше решен за първи път от него, беше моделът на водородния атом посредством вълново уравнение за получаване на bil. квантов.

От това число можем да разберем за модела на атом, започвайки от атомните орбитали, които описват неутроните и електроните в тях и поведението на атома.

Трябва обаче да се отбележи, че моделът на квантовата теория се основава на несигурността на електронните позиции. Електронът не е като планета, която обикаля около звезда в орбитата си. Електроните обаче се движат според вълновото уравнение, така че позицията на електрона може да бъде само „предсказана“ или известна неговата вероятност.

Следователно, теорията на квантовата механика създава няколко електронни вероятности, така че обхватът на разсеяните електрони може да бъде известен или така наречените орбитали.

Какво всъщност е квантовото число?

По принцип квантовото число се състои от четири набора числа, а именно:

• Основно квантово число (n)
• Азимутно число (l)
• Магнитно число (m)
• Номер на спина.

От четирите набора от числа по-горе, орбиталното енергийно ниво, размер, форма, радиална вероятност на орбитата или дори нейната ориентация също могат да бъдат известни.

В допълнение, спиновото число може също да опише ъгловия момент или спина на електрон в орбитала. За повече подробности виждаме един по един съставните елементи на bil. квантов.

1. Основно квантово число (n)

Както знаем, основното квантово число описва основната характеристика, наблюдавана от атом, а именно енергийното ниво.

Колкото по-голяма е стойността на това число, толкова по-голямо е енергийното ниво на орбиталите на един атом.

Прочетете също: Асимилация [Complete]: Определение, термини и пълни примери

Тъй като атомът има обвивка от поне 1, главното квантово число се записва като положително цяло число (1,2,3, ...).

2. Квантово число на азимута (l)

След основното квантово число има числа, които се наричат ​​bil. квантов азимут.

Азимутното квантово число описва орбиталната форма, която има атомът. Орбиталната форма се отнася до местоположението или под обвивката, които може да заеме електрон.

В писмен вид този номер се записва чрез изваждане на сметката. главен квант с един (l = n-1).

Ако атомът има 3 черупки, тогава азимутното число е 2 или с други думи има 2 подчерупки, където могат да присъстват електроните.

3. Квантово магнитно число (m)

След като се знае формата на орбиталата с азимутално число, ориентацията на орбиталата може да се види и с би. квантово магнитни.

Въпросната орбитална ориентация е позицията или посоката на орбиталата, която има атомът. Орбиталата има поне плюс и минус стойността на своето азимутно число (m = ± l).

Да предположим, че атомът има число l = 3, тогава магнитното число е (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) или с други думи атомът може да има 7 типа ориентация.

4. Спин квантовите номера

По принцип електроните имат присъща идентичност, наречена ъглов момент или това, което е известно като спин.

След това тази идентичност се описва с число, наречено спин квантово число.

Описаната стойност е само положителната или отрицателната стойност на спина или общоизвестна като въртене нагоре и въртене надолу.

Следователно, бил. спиновият квант се състои само от (+1/2 и -1/2). Ако сметка. квантът има спиново число +1/2, така че електроните имат ориентация на въртене нагоре.

По-долу е даден пример за таблица с квантови числа, за да можете да разберете повече за сметките. квантов.

Атомна орбитала

По-рано научихме, че орбиталата е място или пространство, което атомът може да заема.

За да можете да разберете орбиталите, нека разгледаме изображението по-долу.

Горната снимка е форма на орбитала на атом. Стрелката на изображението по-горе показва орбиталата или пространството, което може да заеме електрон.

От снимката по-горе виждаме, че атомът има две пространства, които могат да бъдат заети от електрони.

Атомът има четири типа под-черупки, а именно s, p, d и f под-черупки. Тъй като подчерупките на атома са различни, формата на орбиталите също е различна.

Следват някои описания на орбиталите, които има атомът.

Електронна конфигурация

След като знаем как да моделираме атома според квантово-механичната теория, ще обсъдим конфигурацията или разположението на електроните в атомните орбитали.

Прочетете също: Уравнения за абсолютна стойност (Пълно обяснение и примери за проблеми)

Има три основни правила, които формират основата на подреждането на електроните в атомите. Трите правила са:

1. Принципът на Ауфбау

Принципът на Ауфбау е правило за подреждане на електроните, при което електроните първо заемат орбитали с най-ниско енергийно ниво.

За да не се объркате, снимката по-долу е правилата за подреждане съгласно Принципа на Aufbau.

2. Забраната на Паули

Всяка подредба на електроните може да се запълни от най-ниското ниво на орбитална енергия до най-високото.

Паули обаче подчерта, че в един атом не е възможно да се състоят от два електрона с еднакво квантово число. Всяка орбитала може да бъде заета само от два вида електрони с противоположни спинове.

3. Правилото на Хунда

Ако електрон се запълни на същото орбитално енергийно ниво, тогава разположението на електроните започва чрез запълване на въртящите се електрони първо във всяка орбитала, започвайки с ниско енергийно ниво. След това продължете с пълнежа със завъртане надолу.

Електронната конфигурация също често се опростява с елементите на благородния газ, както е показано по-горе.

Освен това се откриват и аномалии в електронната конфигурация, като например в d-обвивката. В d-обвивката електроните са склонни да бъдат наполовина запълнени или напълно запълнени. Следователно атомната конфигурация Cr има конфигурация ₂₄ Cr: [Ar] 4s13d5.

Пример за проблеми

Ето няколко примера за въпроси, за да можете по-добре да разберете цифрите. квантов

Пример 1

Електронът има стойност на главно квантово число (n) = 5. Определете всяка сметка. друг квант?

Отговор

 Стойността на n = 5
Стойност на l = 0,1,2 и 3
Стойността на m = между -1 и +1
За стойността на l = 3, стойността на m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Пример 2

Намерете електронната конфигурация и електронната диаграма на ₃₂ атомния елемент

Отговор

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

Пример 3

Намерете електронната конфигурация и електронната диаграма на ₈ O2− йона

Отговор

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 или [He] 2s2 2p6 или [Ne] (добавени са 2 електрона: 2s2 2p4 + 2)

Пример 4

Определете главното, азимутното и магнитното квантово число, което може да има електрон, заемащ 4d енергийното подниво.

Отговор

n = 4 и l = 3. Ако l = 2, тогава m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Пример 5

Определете сметката. квантов елемент ₂₈ Ni

Отговор

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8