Kvantarvude definitsioon

Candela Rocío Barbisan | dets. 2021
Keemiainsener

Kvantarvud on numbrite komplekt, mida tähistavad tähed, mis olenevalt asukohast elektron millele nad on viidatud, võtavad teistsugused väärtused võimalikus vahemikus. Nüüd me kavatseme kirjeldada igaüks neist ja näeme näiteid selle kohta, kuidas neid kasutatakse vastavalt elektronile, mida me tahame tähistada.

Peamine kvantarv ("n")

See on tihedalt seotud Energia mida elektron omab. Mida kõrgem n, seda suurem on energia, kuna see arv on seotud orbitaali suurusega. Matemaatiliselt ütleb see meile perioodi, kus elektron asub, ja nagu me teame elektronide elementide elektroonilistest konfiguratsioonidest. Perioodilisustabel, on füüsiliselt kuni seitse tasemed energiast. Seetõttu võib "n" olenevalt varieeruda ühest seitsmeni vahemaa mille külge aatomi elektron asub.

Sekundaarne või asimuutlik kvantarv ("ℓ")

See number võimaldab tuvastada energia alamtase, mida elektron hõivab, seega jällegi, mida suurem on asimuutkvantarv, seda suurem on elektroni energia. Matemaatiliselt tähistab "ℓ" alamtasemeid "s", "p", "d" ja "f", mille abil tuvastame perioodilise tabeli elementide elektronkonfiguratsioonid. Seetõttu võib see võtta väärtusi alates null kuni ("n" -1), kus "n" on peamine kvantarv.

Näiteks kui n = 1, siis ℓ saab olla ainult null, kuna see vastab energia alamtasemele "s". Kui n = 2, võib ℓ väärtus olla nii null kui ka üks, kuna me võime viidata vastavalt alamtaseme "s" või alamtaseme "p" elektronile. Sel viisil tuvastame: ℓ = 0 energia alamtaseme "s" jaoks, ℓ = 1 energia alamtaseme "p" jaoks, ℓ = 2 energia alamtaseme "d" jaoks ja ℓ = 3 energia alamtasandi "f" jaoks.

Tuleb märkida, et vastavalt "n"-le võivad energia alamtasemed "s", "p", "d" ja "f" lisada orbitaale ja seega sisaldada rohkem elektrone. Näiteks kui n = 1, ℓ = 0 ühe "s" alamtasemega ja ühe orbitaaliga, mis võib sisaldada kahte elektroni. Kui n = 2, siis ℓ = 0 alamtasemega “s” või ℓ = 1 alamtasemega “p”, mis võib sisaldada kolme orbitaali ja mahutada kuus elektroni.

Kui n = 3, siis ℓ = 0 alamtasemega "s" või ℓ = 1 alamtasemega "p", mis võib sisaldada kolme orbitaali ja mahutab kuus elektroni või ℓ = 2 alamtasemega "d", mis võib sisaldada viit orbitaali ja mahutab kümmet elektronid.

Lõpuks, kui n = 4, ℓ = 0 alamtasemega “s” või ℓ = 1 alamtasemega “p”, mis võib sisaldada kolme orbitaali ja mahutada kuus elektroni või ℓ = 2 koos alamtase "d", mis võib sisaldada viit orbitaali ja majutada kümmet elektroni või ℓ = 3 alamtasemega "f", mis võib sisaldada seitset orbitaali ja maja neliteist elektronid.

Kui tahaksime neid orbitaale ruumis kujutada, oleks nende kuju umbes järgmine:

Pilt: KeemiaJumal

Magnetkvantarv ("m")

See on seotud orbitaali orientatsiooniga ruumis ja on seotud igal alamtasandil olevate orbitaalide arvuga. Seetõttu on selle kasutatav väärtus vahemikus „-ℓ” kuni „ℓ”. Näiteks kui ℓ = 1, sisaldab alamtase "p" kuni 3 orbitaali, seega omandab "m" väärtused nagu -1, 0 või 1. Samamoodi sisaldab ℓ = 2 alamtase "d" kuni 5 orbitaali, seega võib "m" olla: -2, -1, 0, 1 või 2. Samamoodi täidetakse see väärtusega ℓ = 0 või ℓ = 4.

Pöörlemise kvantarv ("s")

Seotud elektroni magnetiliste omadustega ja nende eesmärk on tuvastada elektronide pöörlemissuund elektronid, mis asuvad samal orbitaalil, kuna igaühel neist on erinev märk. Seetõttu võib "s" olla +1/2 või -1/2.

Võtame näitena kloori, et tuvastada selle viimasel energiatasemel asuvate elektronide kvantarvud. Selleks peame teadma selle elektroonilist konfiguratsiooni, milleks on: 1s² 2s² 2 P⁶3s²3p⁵. Viimase taseme elektronid on need, mis asuvad tasemel 3, seega: n = 3. Seejärel ℓ = 0 või ℓ = 1 elektronide jaoks, mis asuvad vastavalt alamtasanditel "s" või "p".

Nüüd, ℓ = 0 (3s²), m = 0 ja s on vastavalt +1/2 ja -1/2 igas seal asuvas elektronis. Kui ℓ = 1 (3p⁵), m = -1,0,1, samas kui s on vastavalt +1/2 ja -1/2 igas seal paiknevas elektronis, kui m = -1 ja 0, samas kui Orbitaal, mis on tähistatud kui m = 1, ei ole kahe elektroniga täielik, seega peame valima s = +1/2 või -1/2, olenevalt sellest, kumb on kokkuleppeliselt valitud.