Kvantumszámok: formák, atompálya és példák

A kvantumszám olyan szám, amelynek különleges jelentése vagy paramétere van a kvantumrendszer állapotának leírására.

Először néhány egyszerű atomelméletet tanulmányoztunk, például John Dalton elméletét. A technológiai fejlődés azonban új elméletekhez vezetett az atomról.

Korábban tudtunk Niels Bohr atomelméletéről, amely szerint az atomok a pályájukon mozoghatnak az atommag körül.

Néhány évvel később azonban a kvantumelmélet néven ismert új atomelmélet született a részecske-hullám dualizmus elméletének felfedezése után.

Az atom kvantumelmélete jelentős változásokat eredményez az atommodellben.

A kvantumelméletben az atomokat számok vagy ún kvantumszám. További részletekért nézzük meg, mi az a bil. kvantum.

előzetes

"A kvantumszám olyan szám, amelynek különleges jelentése vagy paramétere van a kvantumrendszer állapotának leírására."

Eleinte ezt az elméletet egy híres fizikus, Erwin Schrödinger nevezte ki egy olyan elmélettel, amelyet gyakran kvantummechanika elméletének hívnak.

Az atommodell, amelyet először ő oldott meg, a hidrogénatom modellje volt egy hullámegyenlet segítségével a bil megszerzéséhez. kvantum.

Ebből a számból megismerhetjük az atom modelljét, amely az atom pályákból indul ki, amelyek leírják a bennük lévő neutronokat és elektronokat, valamint az atom viselkedését.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a kvantumelmélet modellje az elektronpozíciók bizonytalanságán alapul. Az elektron nem olyan, mint a bolygó, amely csillag körül kering a pályáján. Az elektronok azonban a hullámegyenlet szerint mozognak, így az elektron helyzete csak "megjósolható", vagy a valószínűség ismert.

Ezért a kvantummechanika elmélete több elektron valószínűséggel áll elő, így meghatározható a szórt elektronok hatóköre, vagy úgynevezett pályák.

Mi is pontosan a kvantumszám?

Alapvetően egy kvantumszám négy számkészletből áll, nevezetesen:

• Fő kvantumszám (n)
• Azimut szám (l)
• Mágneses szám (m)
• Centrifugaszám (ok).

A fenti négy számkészletből a pálya energiaszintje, mérete, alakja, a pálya radiális valószínűsége vagy akár annak iránya is ismert.

Ezenkívül a spin szám leírhatja az elektron szögmomentumát vagy forgását egy pályán. További részletekért egyenként megnézzük a bil alkotóelemeit. kvantum.

1. Fő kvantumszám (n)

Mint tudjuk, a fő kvantumszám leírja az atomról látható fő jellemzőt, nevezetesen az energiaszintet.

Minél nagyobb ez a szám, annál nagyobb az atom pályáinak energiaszintje.

Mivel egy atom héja legalább 1, a fő kvantumszámot pozitív egész számként írjuk (1,2,3,….).

2. Azimut kvantumszám (l)

A fő kvantumszám után vannak olyan számok, amelyeket bil-nek nevezünk. kvantumazimut.

Az azimut kvantumszám leírja az atom pályájának alakját. Az orbitális forma arra a helyre vagy alhéjra utal, amelyet egy elektron elfoglalhat.

Írásban ezt a számot úgy írják, hogy kivonják a bil-t. fő kvantum egy (l = n-1).

Ha egy atomnak 3 héja van, akkor az azimut száma 2, más szóval 2 alhéja van, ahol elektronok lehetnek.

3. Kvantum mágneses szám (m)

Miután megismerte a pálya alakját az azimut számmal, a pálya tájolása bi-vel is látható. kvantum mágneses.

A szóban forgó pályaorientáció az atom pályájának helyzete vagy iránya. Egy pályának legalább plusz és mínusz azimut-számának értéke (m = ± l).

Tegyük fel, hogy egy atom l = 3, akkor a mágneses szám (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3), vagy más szóval az atom 7 típusú orientációval rendelkezhet.

4. A centrifugálási kvantumszám (ok)

Alapvetően az elektronok belső identitással rendelkeznek, az úgynevezett szögimpulzusnak vagy annak, amit általában spinnek hívnak.

Ezt az identitást egy spin-kvantumszámnak nevezett szám írja le.

A leírt érték csak a spin pozitív vagy negatív értéke, vagy közismert nevén spin up and spin down.

Ezért bil. a spin kvantum csak (+1/2 és -1/2) áll. Ha egy bil. A kvantum spin-száma +1/2, így az elektronok spin-up orientációval rendelkeznek.

Az alábbiakban bemutatunk egy példát egy kvantumszámtáblára, hogy jobban megértsük a számlákat. kvantum.

Atomic Orbital

Korábban megtudtuk, hogy a pálya olyan hely vagy tér, amelyet egy atom elfoglalhat.

Nézzük meg az alábbi képet, hogy megértsük a pályákat.

A fenti kép az atom pályájának egyik formája. A fenti képen látható nyíl azt a pályát vagy teret mutatja, amelyet egy elektron elfoglalhat.

A fenti képből láthatjuk, hogy az atomnak két tere van, amelyeket elektronok foglalhatnak el.

Az atomoknak négyféle alhéja van, nevezetesen az s, p, d és f részhéjak. Mivel az atom alhéjai különbözőek, a pályák alakja is eltérő.

Az alábbiakban bemutatjuk az atom pályáinak néhány leírását.

Elektronkonfiguráció

Miután tudtuk, hogyan kell modellezni az atomot a kvantummechanikai elmélet szerint, megvitatjuk az elektronok konfigurációját vagy elrendezését az atompályákon.

Három fő szabály alkotja az elektronok atomokban való elrendeződésének alapját. A három szabály a következő:

1. Aufbau elve

Az Aufbau-elv az elektronelrendezés szabálya, amelyben az elektronok először a legalacsonyabb energiaszintű pályákat foglalják el.

Annak érdekében, hogy ne keveredjen össze, az alábbi kép az elrendezési szabályokat mutatja be az Aufbau elv szerint.

2. A Pauli-tilalom

Az elektronok minden elrendezése a legalacsonyabb orbitális energiaszinttől a legmagasabbig tölthet fel.

Pauli azonban hangsúlyozta, hogy egy atomban lehetetlen két elektronból állni, amelyek azonos kvantumszámmal rendelkeznek. Minden pályát csak kétféle elektron foglalhat el, amelyeknek ellentétes pörgése van.

3. A Hund-szabály

Ha egy elektron ugyanazon a pályaenergia-szinten töltődik fel, akkor az elektronok elhelyezkedése úgy kezdődik, hogy minden egyes pályán először felpörgetik az elektronokat, alacsony energiaszinttel kezdve. Ezután folytassa a centrifugálást.

Az elektronkonfigurációt a nemesgáz-elemekkel is gyakran leegyszerűsítik, amint az fent látható.

Ezenkívül az elektronkonfiguráció rendellenességeit is találták, például a d alhéjban. A d alhéjban az elektronok általában félig vagy teljesen megtelnek. Ezért a Cr atom konfigurációnak van konfigurációja ₂₄Cr: [Ar] 4s13d5.

Példák a problémákra

Íme néhány példa kérdés a számlák jobb megértéséhez. kvantum

1. példa

Az elektron fő kvantumszámának értéke (n) = 5. Határozza meg az egyes számlákat. más kvantum?

Válasz

 N = 5 értéke
L értéke 0,1,2, és 3
M értéke -1 és +1 között van
L = 3 értéke esetén m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 értéke 

2. példa

Határozza meg az elem atomjának elektronkonfigurációját és elektrondiagramját ₃₂Ge

Válasz

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

3. példa

Határozza meg az elektron elektronkonfigurációját és elektrondiagramját ₈O2−

Válasz

₈O2−: 1s2 2s2 2p6 vagy [He] 2s2 2p6 vagy [Ne] (2 elektron hozzáadva: 2s2 2p4 + 2)

4. példa

Határozza meg a fő, azimut és mágneses kvantumszámokat, amelyek egy elektronnak a 4d. Részenergia szintjén lehetnek.

Válasz

n = 4 és l = 3. Ha l = 2, akkor m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

5. példa

Határozza meg a bil. kvantumelem ₂₈Ni

Válasz

₂₈Ni = [Ar] 4s2 3d8