Kvantna števila v kemiji so nizi števil, ki opisujejo orbito elektrona in gibanje znotraj atoma. Ko kvantna števila vseh elektronov v danem atomu seštejemo, morajo zadostiti Schrodingerjeva enačba .

Kvantna števila so niz števil, ki se uporabljajo za opis položaja in energije elektrona v atomu. Obstajajo štiri vrste kvantnih števil: glavno, azimutno, magnetno in spinsko. Kvantna števila predstavljajo vrednosti ohranjenih količin kvantnega sistema.

V tem članku se podrobneje seznanimo z vsemi kvantnimi števili.

Kazalo

• Kaj so kvantna števila?
• Vrste kvantnih števil
• Pomen kvantnih števil
• Atomska orbitala
• Drugi zakoni, povezani s položajem in potjo elektronov

Kaj so kvantna števila?

Kvantna števila so niz stalnih vrednosti v kvantnem pristopu. Kvantna števila oz Elektronska kvantna števila opišejo elektron s številčnimi vrednostmi, ki zagotavljajo rešitve Schrodingerjeve valovne enačbe za vodikove atome te številke lahko definirajo položaj, energijo in orientacijo elektrona v atomu skozi nabor števil.

dolžina niza java

Glede na Paulijevo izključitveno načelo , nobena dva elektrona v atomu ne smeta imeti enakega niza kvantnih števil. Polcelo ali celo število se uporablja za karakterizacijo vsakega kvantnega števila. Glavno, azimutno in magnetno kvantno število so povezani z velikostjo, obliko in orientacijo atoma.

Štiri kvantna števila je mogoče uporabiti za popoln opis vseh lastnosti danega elektrona v atomu; to so:

1. Glavno kvantno število
2. Kvantno število orbitalnega kotnega momenta (ali azimutalno kvantno število).
3. Magnetno kvantno število
4. Spinsko kvantno število elektrona

Vrste kvantnih števil

Štiri kvantna števila se uporabljajo za popoln opis vseh značilnosti elektrona v atomu. Ta kvantna števila so:

• Glavno kvantno število (n)
• Azimutno kvantno število (l)
• Magnetno kvantno število (m_l)
• Kvantno število vrtenja elektrona (s)

Glavno kvantno število (n)

Simbol 'n' predstavlja glavna kvantna števila. Označujejo primarno elektronsko lupino atoma. Ker opisuje najverjetnejšo razdaljo med jedrom in elektroni, večja vrednost glavnega kvantnega števila pomeni večjo razdaljo med elektronom in jedrom (kar posledično pomeni večjo velikost atoma).

• Vrednost glavnega kvantnega števila je lahko katero koli celo število s pozitivno vrednostjo, ki je enaka ali večja od ena. Vrednost n=1 označuje najbolj notranjo elektronsko lupino atoma, ki ustreza najnižjemu energijskemu stanju elektrona (ali osnovnemu stanju).
• Posledično glavno kvantno število n ne more imeti negativne vrednosti ali biti enako nič, ker atom ne more imeti negativne vrednosti ali nobene vrednosti za glavno lupino.
• Ko se elektron napolni z energijo (vzbujeno stanje), elektron skoči iz ene glavne lupine na višjo lupino, kar povzroči povečanje vrednosti n.
• Podobno, ko elektroni izgubijo energijo, se vrnejo na nižje lupine, kar zmanjša vrednost n. Absorpcija se nanaša na povečanje vrednosti n za elektron, s poudarkom na fotonih ali energiji, ki jo absorbira elektron.
• Podobno se zmanjšanje vrednosti n za elektron imenuje emisija in tu elektroni oddajajo svojo energijo.

Azimutalno kvantno število (l) – kvantno število orbitalnega kotnega momenta

Azimutno kvantno število (ali orbitalni kotni moment) opisuje obliko orbitale. Predstavljen je s črko 'l', njegova vrednost pa je enaka skupnemu številu kotnih vozlišč v orbitali.

• Vrednost azimutnega kvantnega števila lahko označuje podlupino s, p, d ali f, katerih oblike se razlikujejo.
• Ta vrednost je določena z (in omejena z) vrednostjo glavnega kvantnega števila, tj. azimutno kvantno število se giblje med 0 in (n-1).
• Na primer, če je n = 3, ima lahko azimutno kvantno število tri vrednosti: 0, 1 in 2.
• Ko je l nastavljen na nič, je nastala podlupina podlupina 's'.
• Ko sta l=1 in l=2, sta nastali podlupini 'p' in 'd' podlupini (oziroma).
• Kot rezultat, ko je n=3, so tri podlupine, ki lahko obstajajo, 3s, 3p in 3d. V drugem primeru, kjer je n = 5, so možne vrednosti l 0, 1, 2, 3 in 4. Če je l = 3, atom vsebuje tri kotna vozlišča.

Magnetno kvantno število (m_l)

Magnetno kvantno število določa skupno število orbital v podlupini in njihovo orientacijo. Predstavljen je s simbolom 'm_l.’ To število predstavlja projekcijo vrtilne količine orbite vzdolž dane osi.

• Magnetno kvantno število je določeno z azimutnim (ali orbitalnim kotnim) kvantnim številom.
• Za dano vrednost l je vrednost m_lpade med -l do +l. Posledično je posredno odvisen od vrednosti n.
• Na primer, če je n = 4 in l = 3 v atomu, je lahko magnetno kvantno število -3, -2, -1, 0, +1, +2 in +3. Skupno število orbital v dani podlupini je določeno z vrednostjo 'l' orbitale.
• Izračuna se po formuli (2l + 1). Podlupina '3d' (n=3, l=2) ima na primer 5 orbital (2*2 + 1). Vsaka orbitala lahko zadrži dva elektrona. Posledično lahko 3d podlupina sprejme skupno 10 elektronov.

Kvantno število vrtenja elektrona (s)

Spinsko kvantno število elektrona je neodvisno od n, l in m_lvrednote. Vrednost tega števila, označena s simbolom m_s, označuje smer, v kateri se vrti elektron.

• Njim_svrednost označuje smer, v katero se vrti elektron. Kvantno število vrtenja elektrona ima lahko vrednosti med +1/2 in -1/2.
• Pozitivna vrednost m_soznačuje vrtenje elektrona navzgor, znano tudi kot vrtenje navzgor.
• Če m_sje negativen, pravimo, da ima zadevni elektron vrtenje navzdol ali vrtenje navzdol.
• Vrednost spinskega kvantnega števila elektrona določa, ali lahko zadevni atom ustvari magnetno polje ali ne. Vrednost m_slahko posplošimo na ±½.

Pomen kvantnih števil

Kvantna števila so pomembna, ker jih je mogoče uporabiti za oceno elektronske konfiguracije atoma in mesta, kjer se njegovi elektroni najverjetneje nahajajo. Atomski radij in ionizacijska energija atomov je poleg drugih lastnosti določena tudi s kvantnimi števili.

Vsako kvantno število ima svoj pomen, ki je opisan v naslednji tabeli:

Atomska orbitala

Kot vemo, se elektroni obnašajo kot valovi in ​​položaj elektrona znotraj atoma je mogoče zlahka definirati s pomočjo valovne teorije kvantne mehanike z reševanjem Schrodingerjeve valovne enačbe na specifični energijski ravni atoma.

Te valovne funkcije, ki določajo položaj elektrona znotraj atoma, se imenujejo atomske orbitale. Te orbitale so mesta, kjer je največja verjetnost, da najdemo elektron. V atomu so štiri vrste orbital

• s – orbitala
• p – orbitala
• d – orbita
• f – orbitala

Atomske orbitale so opredeljene tudi kot fizični prostor znotraj atoma, kjer je verjetnost, da najdemo elektron, največja.

Preberi več:

• Elektronska konfiguracija elementov
• Polnjenje orbital v atomu
• Oblike atomskih orbital

Drugi zakoni, povezani s položajem in potjo elektronov

Tri druga pravila in načela v kemiji nam pomagajo razumeti položaj, pot, orbite in energijske ravni elektronov v atomu; o njih razpravljamo v naslednjih pododdelkih:

Načelo strukture

Načelo Aufbau, imenovano tudi pravilo Aufbau, pravi, da gredo elektroni najprej v atomske orbitale z nižjo energijo in ne v orbitale z višjo energijo. Aufbau v nemščini pomeni zgradba.

Načelo definicije strukture NCERT

V osnovnem stanju atomov so orbitale zapolnjene po naraščajočih energijah.

The Načelo gradnje nam pomaga ugotoviti, kako se elektroni razporedijo v atome ali ione. Na primer, podlupina 1s se napolni pred podlupino 2s.

Tukaj je vrstni red, v katerem elektroni zapolnjujejo orbitale: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p in in tako naprej. Ta vzorec polnjenja velja za vsak atom.

Za primer , z uporabo načela Aufbau, elektronska konfiguracija žvepla je zapisano kot [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hundovo pravilo največje množice

Hundovo pravilo pravi, da vsaka orbitala v podravni dobi en elektron, preden katera koli od njih dobi drugega. In vsi elektroni v teh enojnih zasedenih orbitalah imajo enak spin.

Opredelitev Hundovega pravila NCERT

Združevanje elektronov v orbitalah, ki pripadajo isti podlupini (p, d ali f), ne pride, dokler vsaka orbitala, ki pripada tej podlupini, ne dobi po enega elektrona, tj. je zasedena posamično.

Hundovo pravilo, imenovano tudi pravilo največje mnogoterosti, lahko povzroči, da imajo atomi več neparnih elektronov. Ti neparni elektroni se lahko vrtijo v različnih smereh in ustvarjajo magnetne momente v različnih smereh.

Hundovo pravilo velja za določene molekule, ki imajo nesparjene elektrone.

Paulijevo izključitveno načelo

Paulijevo izključitveno načelo pravi, da dva enaka delca s polcelimi vrtljaji ne moreta biti v istem kvantnem stanju znotraj sistema.

Opredelitev Paulijevega izključitvenega načela NCERT

Dva elektrona v atomu ne moreta imeti enakega niza štirih kvantnih števil.

ALI

Samo dva elektrona sta lahko v isti orbitali in ti elektroni morajo imeti nasprotni spin.

V kemiji je Paulijevo izključitveno načelo nam pove, da znotraj istega atoma nobena dva elektrona ne moreta imeti vsa štiri svoja kvantna števila enaka. To pomeni, da lahko največ dva elektrona zasedata isto orbitalo in morata imeti nasprotna vrtenja.

Paulijevo načelo izključitve določa omejitve števila elektronov v lupini ali podlupini.

Rešena vprašanja o kvantnih številih

Vprašanja 1: Poiščite vsa štiri kvantna števila zadnjega elektrona rubidija.

rešitev:

Rubidij ima atomsko število Z = 37.

Elektronska konfiguracija rubidija,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

Valenca zadnje lupine elektrona je 5s¹

zato

Glavno kvantno število, n = 5,

Azimutno kvantno število, l = 0,

Magnetno kvantno število, m_l= 0,

Spinsko kvantno število, s = +1/2

2. vprašanje: Navedite možne vrednosti magnetnega kvantnega števila za l = 2.

rešitev:

Glede na to je azimutno kvantno število l = 2

Vemo, da

m_l= – l do + l

zato

ukaz za zagon linuxa

m_l= -2 do +2

tj.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Vprašanja 3: Poiščite vsa štiri kvantna števila zadnjega elektrona natrija.

rešitev:

Natrij ima atomsko število Z = 11.

Elektronska konfiguracija rubidija,

1s²2s²2p⁶3s¹

Zadnji elektron valenčne lupine je 3s¹

zato

Glavno kvantno število, n = 3,

Azimutno kvantno število, l = 0,

Magnetno kvantno število, m_l= 0,

0,2 kot ulomek

Spinsko kvantno število, s = +1/2

4. vprašanje: Navedite možne vrednosti magnetnega kvantnega števila za l = 3.

rešitev:

Glede na to je azimutno kvantno število l = 3

Vemo, da

za l = 3,

m_l= – 3 do + 3

tj.

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Kvantna števila MCQs Vadbene težave

Če želite izvedeti več o praksi kvantnih števil MCQ o kvantitativnih številkah

Pogosta vprašanja o kvantnih številih

Definirajte kvantna števila.

Niz števil, ki se uporabljajo za določanje položaja in energije števila elektronov v atomu, se imenujejo kvantna števila.

Koliko kvantnih števil obstaja?

Štiri kvantna števila so:

• Glavno kvantno število (n)
• Azimutno kvantno število (l)
• Magnetno kvantno število (m_l)
• Kvantno število vrtenja elektrona (s)

Katero kvantno število določa obliko orbitale?

Azimutalno kvantno število (l), imenovano tudi kotno kvantno število, določa obliko orbitale.

Katero kvantno število določa orientacijo orbitale?

Magnetno kvantno število (m_l) se uporablja za predstavitev orientacije orbitale v tridimenzionalnem prostoru.

Koliko kvantnih števil je potrebnih za določitev orbitale?

Za določitev orbitale atoma so potrebna tri kvantna števila, ki so:

• Glavno kvantno število (n)
• Azimutno kvantno število (l)
• Magnetno kvantno število (m_l)

Katero kvantno število določa energijo elektrona?

Energijo elektrona je mogoče zlahka določiti z uporabo glavnega kvantnega števila (n) in azimutnega kvantnega števila (l) elektrona.

Kaj je kvantna energija?

Energija kvantnih delcev (tj. zelo zelo majhnih delcev) se imenuje kvantna energija. Eden od načinov za merjenje kvantne energije je uporaba fotona, ki je najmanjša enota za merjenje svetlobne energije in energije drugih elektromagnetnih valov.

Kaj je spin elektrona?

Elektronski spin je kvantna lastnost elektronov. Je oblika s kotno količino. Kot učno tehniko inštruktorji primerjajo vrtenje elektrona z vrtenjem planeta okoli lastne osi vsakih 24 ur. Do vrtenja pride, ko se elektron vrti v smeri urinega kazalca okoli svoje osi; spin navzdol se pojavi, ko se elektron vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

Kaj je načelo gradnje?

Načelo gradnje je koncept v kemiji, ki pojasnjuje, kako elektroni zapolnijo atomske orbitale v atomu. Po tem principu elektroni zasedejo najnižje razpoložljive energijske orbitale, preden se premaknejo na višje energijske orbitale.

Kaj je Hundovo pravilo 11. razreda?

Hundovo pravilo, o katerem se pogosto razpravlja v 11. razredu kemije, navaja, da bodo elektroni zasedali orbitale iste energijske ravni (podlupino) posamično, preden se združijo. Poleg tega bodo imeli elektroni v posamezno zasedenih orbitalah vzporedne vrtljaje.

Kaj je polna oblika SPDF?

SPDF pomeni štiri podravni ali orbitale v atomu: s, p, d in f. Te črke predstavljajo različne oblike in orientacije atomskih orbital, kjer se verjetno nahajajo elektroni.

• S: Ostro
• V: Glavno
• D: difuzno
• F: temeljno

Zakaj se kvant imenuje kvant?

Izraz kvant izvira iz latinske besede, ki pomeni koliko oz količino . V fiziki se nanaša na diskretne in nedeljive enote, v katerih so določene fizikalne količine, kot sta energija in gibalna količina, kvantizirane v skladu s kvantno teorijo. Te diskretne enote so temeljne za razumevanje obnašanja delcev na atomski in subatomski ravni. Zato je področje kvantne fizike poimenovano po konceptu kvantizacije.