Kvantumtal: Formularer, Atomic Orbital og eksempler

Et kvantetal er et tal, der har en særlig betydning eller parameter til at beskrive et kvantesystems tilstand.

Først har vi måske studeret nogle enkle atomteorier som John Daltons teori. Imidlertid førte den teknologiske udvikling til nye teorier om atomet.

Tidligere vidste vi om Niels Bohrs atomteori, der siger, at atomer kan bevæge sig omkring atomkernen i deres bane.

Men et par år senere blev en ny atomteori kendt som kvanteteori født efter opdagelsen af ​​teorien om partikelbølgedualisme.

Kvanteteorien om atomet tilvejebringer væsentlige ændringer i atommodellen.

I kvanteteori modelleres atomer i form af tal eller såkaldte kvantetal. For flere detaljer, lad os se på, hvad en bil er. kvante.

indledende

"Et kvantetal er et tal, der har en særlig betydning eller parameter til at beskrive et kvantesystems tilstand."

Først blev denne teori fremsat af en berømt fysiker ved navn Erwin Schrödinger med en teori, der ofte kaldes kvantemekanikkens teori.

Den atommodel, der først blev løst af ham, var modellen for hydrogenatomet ved hjælp af en bølgeligning for at opnå bil. kvante.

Fra dette nummer kan vi vide om modellen for et atom, der starter med de atomorbitaler, der beskriver neutronerne og elektronerne i dem, og atomets opførsel.

Det skal dog bemærkes, at modellen for kvanteteori er baseret på usikkerheden ved elektronpositioner. En elektron er ikke som en planet, der kredser om en stjerne i sin bane. Elektroner bevæger sig imidlertid i henhold til bølgeligning, så elektronens position kun kan "forudsiges" eller ellers er sandsynligheden kendt.

Derfor producerer teorien om kvantemekanik flere elektronsandsynligheder, så omfanget af de spredte elektroner kan bestemmes eller såkaldte orbitaler.

Hvad er nøjagtigt et kvantetal?

Dybest set består et kvantetal af fire sæt tal, nemlig:

• Hovedkvantumtal (n)
• Azimuth-nummer (l)
• Magnetisk antal (m)
• Centrifugeringsnummer.

Fra de fire sæt numre ovenfor kan orbitalenerginiveau, størrelse, form, orbital radial sandsynlighed eller endda dets orientering også være kendt.

Derudover kan spin-nummeret også beskrive et elektrones vinkelmoment eller spin i en orbital. For flere detaljer kigger vi på en efter en de indbyggende elementer i bil. kvante.

1. hoved kvantetal (n)

Som vi ved beskriver hovedkvantantallet hovedkarakteristikken set fra et atom, nemlig energiniveauet.

Jo større værdien af ​​dette tal er, desto større er energiniveauet for orbitaler et atom har.

Da et atom har en skal på mindst 1, skrives det vigtigste kvantetal som et positivt heltal (1,2,3,….).

2. Azimuth-kvantumtal (l)

Der er tal efter det vigtigste kvantetal, der kaldes bil. kvanteazimut.

Azimuth-kvantetallet beskriver den orbitale form, et atom har. Orbital form refererer til placeringen eller subshell, som en elektron kan indtage.

Skriftligt er dette tal skrevet ved at trække bil. hovedkvantum med en (l = n-1).

Hvis et atom har 3 skaller, er azimuthtallet 2 eller med andre ord er der 2 subshells, hvor elektroner kan være til stede.

3. kvantemagnetisk antal (m)

Efter at have kendskab til formen på orbitalen med azimutnummeret, kan orbitalens retning også ses med bi. kvantemagnetisk.

Den pågældende orbitalorientering er positionen eller retningen af ​​det orbital, som et atom har. Et orbital har mindst plus og minus værdien af ​​dets azimuth-nummer (m = ± l).

Antag, at et atom har antallet l = 3, så er magnetnummeret (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3), eller med andre ord kan atomet have 7 typer orientering.

4. centrifugeringsnummer for centrifugering

Dybest set har elektroner en iboende identitet kaldet vinkelmoment eller hvad der almindeligvis er kendt som spin.

Denne identitet beskrives derefter af et tal kaldet spin-kvantetallet.

Den beskrevne værdi er kun den positive eller negative værdi af spin eller almindeligvis kendt som spin op og spin ned.

Derfor er bil. spin-kvanten består kun af (+1/2 og -1/2). Hvis en bil. quantum har et spin-antal på +1/2, så elektronerne har en spin-up-retning.

Nedenfor er et eksempel på en tabel med kvantetal, så du forstår mere om regninger. kvante.

Atomic Orbital

Tidligere lærte vi, at en orbital er et sted eller rum, som et atom kan indtage.

Lad os se på billedet nedenfor for at forstå orbitalerne.

Billedet ovenfor er en form for et atoms orbital. Pilen i billedet ovenfor viser det kredsløb eller det rum, en elektron kan optage.

Fra billedet ovenfor kan vi se, at atomet har to rum, der kan være optaget af elektroner.

Et atom har fire typer subshells, nemlig s, p, d og f subshells. Fordi subshells på et atom er forskellige, er formen på orbitalerne også forskellig.

Følgende er nogle beskrivelser af de orbitaler, som et atom har.

Elektronkonfiguration

Efter at have vidst hvordan man modellerer atomet i henhold til kvantemekanisk teori, vil vi diskutere konfigurationen eller arrangementet af elektroner i atomorbitaler.

Der er tre hovedregler, der danner grundlaget for arrangementet af elektroner i atomer. De tre regler er:

1. Princippet om Aufbau

Aufbau-princippet er en regel for elektronarrangement, hvor elektroner først optager orbitalerne med det laveste energiniveau.

For at du ikke bliver forvirret, er nedenstående billede arrangementets regler i henhold til Aufbau-princippet.

2. Pauli-forbuddet

Hvert arrangement af elektroner kan fyldes fra det laveste orbitale energiniveau til det højeste.

Pauli understregede imidlertid, at det i et atom er umuligt at bestå af to elektroner, der har samme kvantetal. Hver bane kan kun optages af to typer elektroner, der har modsatte spins.

3. Hundreglen

Hvis en elektron fyldes op på det samme orbitalenerginiveau, begynder placeringen af ​​elektroner ved at fylde spin-up-elektronerne først i hver orbital startende med et lavt energiniveau. Fortsæt derefter med spin-down-påfyldningen.

Elektronkonfigurationen er også ofte forenklet med ædelgaselementerne som vist ovenfor.

Derudover blev der også fundet uregelmæssigheder i elektronkonfigurationen, såsom i d subshell. I d-subshell har tendens elektronerne til at være halvt fyldt eller fuldstændigt fyldt. Derfor har Cr-atomkonfigurationen en konfiguration ₂₄Cr: [Ar] 4s13d5.

Eksempler på problemer

Her er nogle eksempler på spørgsmål for bedre at forstå regningerne. kvante

Eksempel 1

En elektron har en værdi på et hovedkvantetal (n) = 5. Bestem hver regning. andet kvante?

Svar

 Værdien af ​​n = 5
Værdien af ​​l = 0,1,2 og 3
Værdien af ​​m = mellem -1 og +1
For værdien af ​​l = 3 er værdien af ​​m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Eksempel 2

Bestem elektronkonfigurationen og elektrondiagrammet for elementets atom ₃₂Ge

Svar

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

Eksempel 3

Bestem elektronkonfigurationen og elektrondiagrammet for ionen ₈O2−

Svar

₈O2−: 1s2 2s2 2p6 eller [He] 2s2 2p6 eller [Ne] (2 elektroner tilføjet: 2s2 2p4 + 2)

Eksempel 4

Bestem hoved-, azimut- og magnetiske kvantetal, som en elektron, der optager det 4d underenerginiveau, kan have.

Svar

n = 4 og l = 3. Hvis l = 2 er m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Eksempel 5

Bestem bil. kvanteelement ₂₈Ni

Svar

₂₈Ni = [Ar] 4s2 3d8