Numere cuantice: forme, orbital atomic și exemple

Un număr cuantic este un număr care are o semnificație sau parametru special pentru a descrie starea unui sistem cuantic.

La început este posibil să fi studiat câteva teorii atomice simple, cum ar fi teoria lui John Dalton. Cu toate acestea, evoluțiile tehnologice au condus la noi teorii despre atom.

Anterior știam despre teoria atomică a lui Niels Bohr care afirmă că atomii se pot deplasa în jurul nucleului atomic în traiectoria lor.

Dar câțiva ani mai târziu, o nouă teorie atomică cunoscută sub numele de teoria cuantică s-a născut după descoperirea teoriei dualismului particule-unde.

Teoria cuantică a atomului oferă modificări semnificative modelului atomic.

În teoria cuantică, atomii sunt modelați sub formă de numere sau așa-numitele numere cuantice . Pentru mai multe detalii, să ne uităm la ce este un bil. cuantic.

preliminar

„Un număr cuantic este un număr care are o semnificație sau un parametru special pentru a descrie starea unui sistem cuantic.”

La început, această teorie a fost prezentată de un celebru fizician pe nume Erwin Schrödinger, cu o teorie care este adesea numită teoria mecanicii cuantice.

Modelul atomic care a fost rezolvat pentru prima dată de el a fost modelul atomului de hidrogen prin intermediul unei ecuații de undă pentru a obține bil. cuantic.

Din acest număr putem afla despre modelul unui atom pornind de la orbitalii atomici care descriu neutronii și electronii din ei și comportamentul atomului.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, modelul teoriei cuantice se bazează pe incertitudinea pozițiilor electronilor. Un electron nu este ca o planetă care orbitează o stea pe orbita sa. Cu toate acestea, electronii se mișcă în funcție de ecuația undei, astfel încât poziția electronului poate fi doar „prezisă” sau probabilitatea este cunoscută.

Prin urmare, teoria mecanicii cuantice produce mai multe probabilități de electroni, astfel încât domeniul de aplicare al electronilor împrăștiați poate fi cunoscut sau așa-numiții orbitali.

Ce este exact un număr cuantic?

Practic, un număr cuantic este format din patru seturi de numere, și anume:

• Număr cuantic principal (n)
• Număr azimut (l)
• Număr magnetic (m)
• Număr (uri) de centrifugare.

Din cele patru seturi de numere de mai sus, se poate cunoaște, de asemenea, nivelul energetic orbital, dimensiunea, forma, probabilitatea radială orbitală sau chiar orientarea acestuia.

În plus, numărul de centrifugare poate descrie, de asemenea, impulsul unghiular sau centrifugarea unui electron într-un orbital. Pentru mai multe detalii, aruncăm o privire asupra elementelor care alcătuiesc facturile unul câte unul. cuantic.

1. Numărul cuantic principal (n)

După cum știm, numărul cuantic principal descrie caracteristica principală văzută de la un atom, și anume nivelul de energie.

Cu cât valoarea acestui număr este mai mare, cu atât este mai mare nivelul de energie al orbitalilor pe care îi are un atom.

Citește și: Asimilare [Complet]: definiție, termeni și exemple complete

Deoarece un atom are o coajă de cel puțin 1, numărul cuantic principal este scris ca un număr întreg pozitiv (1,2,3, ....).

2. Număr cuantic azimut (l)

Există numere după numărul cuantic principal care se numesc bil. azimut cuantic.

Numărul cuantic azimut descrie forma orbitală pe care o are un atom. Forma orbitală se referă la locația sau sub-coaja pe care o poate ocupa un electron.

În scris, acest număr este scris prin scăderea bil. cuantica principală cu unul (l = n-1).

Dacă un atom are 3 cochilii, atunci numărul azimutului este 2 sau cu alte cuvinte există 2 cochilii în care pot fi prezenți electronii.

3. Număr magnetic magnetic (m)

După cunoașterea formei orbitalului cu numărul azimutului, orientarea orbitalului poate fi văzută și cu bi. magnetic cuantic.

Orientarea orbitală în cauză este poziția sau direcția orbitalului pe care îl are un atom. Un orbital are cel puțin plus și minus valoarea numărului său de azimut (m = ± l).

Să presupunem că un atom are numărul l = 3 atunci numărul său magnetic este (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) sau cu alte cuvinte atomul poate avea 7 tipuri de orientare.

4. Numărul (numerele) de centrifugare

Practic, electronii au o identitate intrinsecă numită impuls unghiular sau ceea ce este cunoscut sub numele de spin.

Această identitate este apoi descrisă printr-un număr numit numărul cuantic spin.

Valoarea descrisă este numai valoarea pozitivă sau negativă a rotirii sau cunoscută în mod obișnuit sub numele de rotire și rotire.

Prin urmare, bil. cuantul de spin este format doar din (+1/2 și -1/2). Dacă un bil. cuantica are un număr de centrifugare de +1/2, astfel încât electronii au o orientare de centrifugare.

Mai jos este un exemplu de tabel cu numere cuantice, astfel încât să înțelegeți mai multe despre facturi. cuantic.

Orbital atomic

Anterior am aflat că un orbital este un loc sau spațiu pe care un atom îl poate ocupa.

Pentru a putea înțelege orbitalii, să ne uităm la imaginea de mai jos.

Imaginea de mai sus este o formă a orbitei unui atom. Săgeata din imaginea de mai sus arată orbitalul sau spațiul pe care l-ar putea ocupa un electron.

Din imaginea de mai sus putem vedea că atomul are două spații care pot fi ocupate de electroni.

Un atom are patru tipuri de sub-coajă, și anume sub-coajele s, p, d și f. Deoarece sub-cojile unui atom sunt diferite, forma orbitalilor este, de asemenea, diferită.

Următoarele sunt câteva descrieri ale orbitalelor pe care le are un atom.

Configuratie electronica

După ce am știut cum să modelăm atomul în conformitate cu teoria mecanică cuantică, vom discuta despre configurația sau dispunerea electronilor în orbitalele atomice.

Citește și: Ecuații de valoare absolută (explicație completă și exemple de probleme)

Există trei reguli principale care stau la baza aranjării electronilor în atomi. Cele trei reguli sunt:

1. Principiul Aufbau

Principiul Aufbau este o regulă de dispunere a electronilor prin care electronii ocupă mai întâi orbitalii cu cel mai scăzut nivel de energie.

Pentru a nu vă confunda, imaginea de mai jos este regulile de aranjament conform principiului Aufbau.

2. Interdicția Pauli

Fiecare aranjament de electroni se poate umple de la cel mai scăzut nivel de energie orbitală la cel mai înalt.

Cu toate acestea, Pauli a subliniat că într-un singur atom nu este posibil să se compună din doi electroni având același număr cuantic. Fiecare orbital poate fi ocupat doar de două tipuri de electroni care au rotiri opuse.

3. Regula Hund

Dacă un electron se umple la același nivel de energie orbitală, atunci plasarea electronilor începe prin umplerea electronilor rotitori mai întâi în fiecare orbital începând cu un nivel de energie scăzut. Apoi continuați cu umplerea cu rotire.

Configurația electronică este, de asemenea, adesea simplificată cu elementele de gaz rare, așa cum se arată mai sus.

În plus, s-au găsit, de asemenea, anomalii în configurația electronică, cum ar fi în sub-coajă d. În sub-coajă, electronii tind să fie umplu pe jumătate sau complet umplut. Prin urmare, configurația atomică Cr are o configurație de ₂₄ Cr: [Ar] 4s13d5.

Exemplu de probleme

Iată câteva exemple de întrebări pentru a înțelege mai bine numerele. cuantic

Exemplul 1

Un electron are valoarea unui număr cuantic principal (n) = 5. Stabiliți fiecare factură. alta cuantica?

Răspuns

 Valoarea n = 5
Valoarea l = 0,1,2 și 3
Valoarea m = între -1 și +1
Pentru valoarea lui l = 3, valoarea lui m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Exemplul 2

Găsiți configurația electronică și diagrama electronică a atomului elementului ₃₂ Ge

Răspuns

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

Exemplul 3

Găsiți configurația electronică și diagrama electronică a ionului ₈ O2−

Răspuns

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 sau [He] 2s2 2p6 sau [Ne] (2 electroni adăugați: 2s2 2p4 + 2)

Exemplul 4

Determinați numerele cuantice principale, azimutale și magnetice pe care le-ar putea avea un electron care ocupă subnivelul de energie 4d.

Răspuns

n = 4 și l = 3. Dacă l = 2 atunci m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Exemplul 5

Determinați bil. element cuantic ₂₈ Ni

Răspuns

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8