Kvantiniai skaičiai ir elektronų orbitalės

Keturi kvantiniai elektronų skaičiai

Atomo anatomijos iliustracija. Getty Images/BSIP/UIG

Chemija dažniausiai yra elektronų sąveikos tarp atomų ir molekulių tyrimas. Suprasti elektronų elgesį atome, pvz konstrukcijos principas , yra svarbi supratimo dalis cheminės reakcijos . Ankstyvosios atominės teorijos naudojo idėją, kad atomo elektronas laikosi tų pačių taisyklių kaip ir mini saulės sistema, kurioje planetos buvo elektronai, skriejantys aplink centrinę protonę saulę. Elektrinės traukos jėgos yra daug stipresnės nei gravitacinės jėgos, tačiau vadovaujasi tomis pačiomis pagrindinėmis atvirkštinio kvadrato taisyklėmis dėl atstumo. Ankstyvieji stebėjimai parodė, kad elektronai juda labiau kaip debesis, supantis branduolį, o ne kaip atskira planeta. Debesio arba orbitos forma priklausė nuo energijos kiekio, kampinis pagreitis ir atskiro elektrono magnetinis momentas. Atomo savybėselektronų konfigūracijaapibūdinami keturiais kvantiniai skaičiai : n , ℓ, m , ir s .

Pirmasis kvantinis skaičius

Pirmasis yra energijos lygis kvantinis skaičius, n . Orbitoje žemesnės energijos orbitos yra arti traukos šaltinio. Kuo daugiau energijos suteikiate kūnui orbitoje, tuo toliau jis „išeina“. Jei suteiksite kūnui pakankamai energijos, jis visiškai paliks sistemą. Tas pats pasakytina ir apie elektronų orbitalę. Didesnės vertės n reiškia daugiau energijos elektronui, o atitinkamas elektronų debesies arba orbitos spindulys yra toliau nuo branduolio. Vertybės n pradėti nuo 1 ir didinti sveikaisiais skaičiais. Kuo didesnė n reikšmė, tuo atitinkami energijos lygiai yra arčiau vienas kito. Jei į elektroną bus pridėta pakankamai energijos, jis paliks atomą ir paliks a teigiamas jonas už nugaros.

Antrasis kvantinis skaičius

The antrasis kvantinis skaičius yra kampinis kvantinis skaičius, ℓ. Kiekviena vertė n turi kelias reikšmes ℓ, kurių reikšmės svyruoja nuo 0 iki (n-1). Šis kvantinis skaičius nustato „formą“ elektronų debesis . Chemijoje yra kiekvienos ℓ reikšmės pavadinimai. Pirmoji reikšmė, ℓ = 0, vadinama s orbitale. s orbitalės yra sferinės, jų centre yra branduolys. Antroji, ℓ = 1, vadinama p orbitale. p orbitalės paprastai yra polinės ir sudaro ašaros žiedlapio formą, nukreiptą į branduolį. ℓ = 2 orbita vadinama d orbitale. Šios orbitalės panašios į p orbitos formą, bet turi daugiau „žiedlapių“, kaip dobilo lape. Jie taip pat gali turėti žiedo formą aplink žiedlapių pagrindą. Iškviečiama kita orbita, ℓ=3 an f orbitalė . Šios orbitalės paprastai atrodo panašios į d orbitales, tačiau turi dar daugiau „žiedlapių“. Didesnės ℓ reikšmės turi pavadinimus abėcėlės tvarka.

Trečiasis kvantinis skaičius

Trečiasis kvantinis skaičius yra magnetinis kvantinis skaičius, m . Šie skaičiai pirmą kartą buvo aptikti spektroskopijoje, kai dujiniai elementai buvo veikiami magnetinio lauko. Spektrinė linija, atitinkanti tam tikrą orbitą, būtų padalinta į kelias linijas, kai magnetinis laukas būtų įvestas per dujas. Padalytų linijų skaičius būtų susietas su kampiniu kvantiniu skaičiumi. Šis ryšys kiekvienai ℓ reikšmei rodo atitinkamą reikšmių rinkinį m randama nuo -ℓ iki ℓ. Šis skaičius nustato orbitos orientaciją erdvėje. Pavyzdžiui, p orbitalės atitinka ℓ=1, gali turėti m vertės -1,0,1. Tai reikštų tris skirtingas p orbitos formos žiedlapių orientacijas erdvėje. Paprastai jie apibrėžiami kaip p_x, p_Y, p_Sukad pavaizduotų ašis, su kuriomis jie lygiuojasi.

Ketvirtasis kvantinis skaičius

Ketvirtasis kvantinis skaičius yra sukimosi kvantas numeris, s . Yra tik dvi reikšmės s , +½ ir -½. Jie taip pat vadinami „sukimu aukštyn“ ir „sukimu žemyn“. Šis skaičius naudojamas atskirų elektronų elgesiui paaiškinti, tarsi jie suktųsi pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę. Svarbi orbitų dalis yra tai, kad kiekviena vertė yra m turi du elektronus ir reikėjo būdo juos atskirti vieną nuo kito.

Kvantinių skaičių susiejimas su elektronų orbitomis

Šie keturi skaičiai, n , ℓ, m , ir s gali būti naudojamas apibūdinti elektroną stabiliame atome. Kiekvieno elektrono kvantiniai skaičiai yra unikalūs ir jų negali pasidalyti kitas to atomo elektronas. Ši savybė vadinama Pauli išskyrimo principas . Stabilus atomas turi tiek elektronų, kiek protonų. Taisyklės, kurių laikosi elektronai orientuodamiesi aplink savo atomą, yra paprastos, kai suprantamos taisyklės, reglamentuojančios kvantinius skaičius.

Peržiūrai

• n gali turėti sveikųjų skaičių reikšmes: 1, 2, 3, ...
• Už kiekvieną vertę n , ℓ gali turėti sveikųjų skaičių reikšmes nuo 0 iki (n-1)
• m gali turėti bet kokią sveikojo skaičiaus reikšmę, įskaitant nulį, nuo -ℓ iki +ℓ
• s gali būti +½ arba -½