Κβαντικοί αριθμοί: Μορφές, Ατομική τροχιά και παραδείγματα

Ένας κβαντικός αριθμός είναι ένας αριθμός που έχει ειδική σημασία ή παράμετρο για να περιγράψει μια κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος.

Στην αρχή μπορεί να μελετήσαμε μερικές απλές ατομικές θεωρίες όπως η θεωρία του John Dalton. Ωστόσο, οι τεχνολογικές εξελίξεις οδήγησαν σε νέες θεωρίες για το άτομο.

Προηγουμένως γνωρίζαμε για την ατομική θεωρία του Niels Bohr, η οποία δηλώνει ότι τα άτομα μπορούν να κινούνται γύρω από τον ατομικό πυρήνα στην τροχιά τους.

Αλλά λίγα χρόνια αργότερα, μια νέα ατομική θεωρία γνωστή ως κβαντική θεωρία γεννήθηκε μετά την ανακάλυψη της θεωρίας του διττισμού σωματιδίων-κυμάτων.

Η κβαντική θεωρία του ατόμου παρέχει σημαντικές αλλαγές στο ατομικό μοντέλο.

Στην κβαντική θεωρία, τα άτομα διαμορφώνονται με τη μορφή αριθμών ή λεγόμενων κβαντικός αριθμός. Για περισσότερες λεπτομέρειες, ας ρίξουμε μια ματιά στο τι είναι το bil. ποσοστό.

προκαταρκτικός

"Ένας κβαντικός αριθμός είναι ένας αριθμός που έχει μια ειδική έννοια ή παράμετρο για να περιγράψει μια κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος."

Αρχικά, αυτή η θεωρία προβλήθηκε από έναν διάσημο φυσικό, τον Erwin Schrödinger, με μια θεωρία που συχνά ονομάζεται θεωρία της κβαντικής μηχανικής.

Το ατομικό μοντέλο που πρώτα λύθηκε από αυτόν ήταν το μοντέλο του ατόμου υδρογόνου μέσω μιας εξίσωσης κυμάτων για να ληφθεί το bil. ποσοστό.

Από αυτόν τον αριθμό μπορούμε να γνωρίζουμε για το μοντέλο ενός ατόμου ξεκινώντας από τα ατομικά τροχιακά που περιγράφουν τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια σε αυτά και τη συμπεριφορά του ατόμου.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, το μοντέλο της κβαντικής θεωρίας βασίζεται στην αβεβαιότητα των θέσεων ηλεκτρονίων. Ένα ηλεκτρόνιο δεν είναι σαν ένας πλανήτης σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια κινούνται σύμφωνα με την εξίσωση κύματος έτσι ώστε η θέση του ηλεκτρονίου να μπορεί να «προβλεφθεί» μόνο ή να είναι γνωστή η πιθανότητα.

Ως εκ τούτου, η θεωρία της κβαντικής μηχανικής παράγει πολλές πιθανότητες ηλεκτρονίων, έτσι ώστε να μπορεί να προσδιοριστεί το εύρος των διεσπαρμένων ηλεκτρονίων ή τα λεγόμενα τροχιακά.

Τι ακριβώς είναι ένας κβαντικός αριθμός;

Βασικά, ένας κβαντικός αριθμός αποτελείται από τέσσερα σύνολα αριθμών, δηλαδή:

• Κύριος κβαντικός αριθμός (n)
• Αριθμός αζιμουθίου (l)
• Μαγνητικός αριθμός (m)
• Αριθμός περιστροφής.

Από τα τέσσερα σύνολα αριθμών παραπάνω, μπορεί επίσης να είναι γνωστό το επίπεδο ενέργειας, το μέγεθος, το σχήμα, η πιθανότητα ακτινικής ακτινικής τροχιάς ή ακόμη και ο προσανατολισμός του.

Επιπλέον, ο αριθμός περιστροφής μπορεί επίσης να περιγράψει την γωνιακή ορμή ή περιστροφή ενός ηλεκτρονίου σε τροχιακή. Για περισσότερες λεπτομέρειες, ρίχνουμε μια ματιά στα συστατικά στοιχεία του bil. ποσοστό.

1. Κύριος κβαντικός αριθμός (n)

Όπως γνωρίζουμε, ο κύριος κβαντικός αριθμός περιγράφει τα κύρια χαρακτηριστικά που παρατηρούνται από ένα άτομο, δηλαδή το επίπεδο ενέργειας.

Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή αυτού του αριθμού, τόσο μεγαλύτερο είναι το επίπεδο ενέργειας των τροχιακών που έχει ένα άτομο.

Δεδομένου ότι ένα άτομο έχει ένα κέλυφος τουλάχιστον 1, ο κύριος κβαντικός αριθμός γράφεται ως θετικός ακέραιος (1,2,3,….).

2. Κβαντικός αριθμός αζιμουθίου (l)

Υπάρχουν αριθμοί μετά τον κύριο κβαντικό αριθμό που ονομάζεται bil. κβαντικό αζιμούθιο.

Ο κβαντικός αριθμός αζιμουθίου περιγράφει το τροχιακό σχήμα που έχει ένα άτομο. Το τροχιακό σχήμα αναφέρεται στη θέση ή το υπόστρωμα που μπορεί να καταλάβει ένα ηλεκτρόνιο.

Γραπτώς, αυτός ο αριθμός γράφεται αφαιρώντας το bil. κύριο κβαντικό με ένα (l = n-1).

Εάν ένα άτομο έχει 3 κελύφη, τότε ο αριθμός αζιμουθίου είναι 2 ή με άλλα λόγια υπάρχουν 2 υπό-κελύφη όπου μπορεί να υπάρχουν ηλεκτρόνια.

3. Κβαντικός μαγνητικός αριθμός (m)

Αφού γνωρίζουμε το σχήμα του τροχιακού με τον αριθμό αζιμουθίου, ο προσανατολισμός του τροχιακού μπορεί επίσης να φανεί με bi. κβαντικό μαγνητικό.

Ο εν λόγω τροχιακός προσανατολισμός είναι η θέση ή η διεύθυνση του τροχιακού που έχει ένα άτομο. Ένα τροχιακό έχει τουλάχιστον συν και μείον την τιμή του αριθμού αζιμουθίου του (m = ± l).

Ας υποθέσουμε ότι ένα άτομο έχει τον αριθμό l = 3 τότε ο μαγνητικός αριθμός είναι (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) ή με άλλα λόγια το άτομο μπορεί να έχει 7 τύπους προσανατολισμού.

4. Οι κβαντικοί αριθμοί περιστροφής

Βασικά, τα ηλεκτρόνια έχουν εγγενή ταυτότητα που ονομάζεται γωνιακή ορμή ή αυτό που είναι κοινώς γνωστό ως περιστροφή.

Αυτή η ταυτότητα στη συνέχεια περιγράφεται από έναν αριθμό που ονομάζεται κβαντικός αριθμός περιστροφής.

Η τιμή που περιγράφεται είναι μόνο η θετική ή αρνητική τιμή της περιστροφής ή συνήθως γνωστή ως περιστροφή προς τα πάνω και προς τα κάτω.

Ως εκ τούτου, bil. το κβαντικό περιστροφής αποτελείται μόνο από (+1/2 και -1/2). Εάν ένας λογαριασμός. το κβαντικό έχει έναν αριθμό περιστροφής +1/2 έτσι τα ηλεκτρόνια έχουν έναν περιστρεφόμενο προσανατολισμό.

Ακολουθεί ένα παράδειγμα πίνακα κβαντικών αριθμών, ώστε να καταλαβαίνετε περισσότερα για τους λογαριασμούς. ποσοστό.

Ατομική τροχιακή

Προηγουμένως μάθαμε ότι ένα τροχιακό είναι ένα μέρος ή χώρος που μπορεί να καταλάβει ένα άτομο.

Για να καταλάβετε τα τροχιακά ας δούμε την παρακάτω εικόνα.

Η παραπάνω εικόνα είναι μια μορφή τροχιακού ατόμου. Το βέλος στην παραπάνω εικόνα δείχνει τον τροχιακό ή χώρο που μπορεί να καταλάβει ένα ηλεκτρόνιο.

Από την παραπάνω εικόνα μπορούμε να δούμε ότι το άτομο έχει δύο διαστήματα που μπορεί να καταληφθούν από ηλεκτρόνια.

Ένα άτομο έχει τέσσερις τύπους υπο-κελυφών, δηλαδή τα δευτερεύοντα κελύφη s, p, d και f. Επειδή τα υπό-κελύφη ενός ατόμου είναι διαφορετικά, το σχήμα των τροχιακών είναι επίσης διαφορετικό.

Τα παρακάτω είναι μερικές περιγραφές των τροχιακών που έχει ένα άτομο.

Διαμόρφωση ηλεκτρονίων

Αφού μάθουμε πώς να μοντελοποιούμε το άτομο σύμφωνα με την κβαντική μηχανική θεωρία, θα συζητήσουμε τη διαμόρφωση ή τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ατομικά τροχιακά.

Υπάρχουν τρεις βασικοί κανόνες που αποτελούν τη βάση της διάταξης των ηλεκτρονίων στα άτομα. Οι τρεις κανόνες είναι:

1. Η αρχή του Aufbau

Η αρχή Aufbau είναι ένας κανόνας της διάταξης ηλεκτρονίων στην οποία τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τα τροχιακά με το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας πρώτα.

Για να μην μπερδευτείτε, η παρακάτω εικόνα είναι οι κανόνες ρύθμισης σύμφωνα με την Αρχή του Aufbau.

2. Η απαγόρευση του Pauli

Κάθε διάταξη ηλεκτρονίων μπορεί να γεμίσει από το χαμηλότερο τροχιακό επίπεδο ενέργειας στο υψηλότερο.

Ωστόσο, ο Pauli τόνισε ότι σε ένα άτομο είναι αδύνατο να αποτελείται από δύο ηλεκτρόνια που έχουν τον ίδιο κβαντικό αριθμό. Κάθε τροχιά μπορεί να καταλαμβάνεται μόνο από δύο τύπους ηλεκτρονίων που έχουν αντίθετες περιστροφές.

3. Ο κανόνας του Hund

Εάν ένα ηλεκτρόνιο γεμίζει στο ίδιο τροχιακό επίπεδο ενέργειας, τότε η τοποθέτηση των ηλεκτρονίων ξεκινά γεμίζοντας πρώτα τα περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια σε κάθε τροχιά ξεκινώντας με χαμηλό επίπεδο ενέργειας. Στη συνέχεια προχωρήστε με την περιστροφή προς τα κάτω.

Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων επίσης απλοποιείται συχνά με τα στοιχεία ευγενούς αερίου όπως φαίνεται παραπάνω.

Επιπλέον, βρέθηκαν ανωμαλίες στη διαμόρφωση ηλεκτρονίων, όπως στο d subshell. Στο δευτερεύον κέλυφος, τα ηλεκτρόνια τείνουν να γεμίζουν ή να γεμίζουν πλήρως. Επομένως, η διαμόρφωση Cr atom έχει μια διαμόρφωση ₂₄Cr: [Ar] 4s13d5.

Παράδειγμα προβλημάτων

Ακολουθούν ορισμένα δείγματα ερωτήσεων για την καλύτερη κατανόηση των λογαριασμών. ποσοστό

Παράδειγμα 1

Ένα ηλεκτρόνιο έχει τιμή κύριου κβαντικού αριθμού (n) = 5. Προσδιορίστε κάθε λογαριασμό. άλλο κβαντικό;

Απάντηση

 Η τιμή του n = 5
Τιμή l = 0,1,2 και 3
Η τιμή m = μεταξύ -1 και +1
Για την τιμή l = 3, η τιμή m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Παράδειγμα 2

Προσδιορίστε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων και το διάγραμμα ηλεκτρονίων του ατόμου του στοιχείου ₃₂Τζ

Απάντηση

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

Παράδειγμα 3

Προσδιορίστε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων και το διάγραμμα ηλεκτρονίων του ιόντος ₈Ο2−

Απάντηση

₈O2−: 1s2 2s2 2p6 ή [He] 2s2 2p6 ή [Ne] (2 ηλεκτρόνια προστέθηκαν: 2s2 2p4 + 2)

Παράδειγμα 4

Προσδιορίστε τους κύριους, αζιμούθιο και μαγνητικούς κβαντικούς αριθμούς που μπορεί να έχει ένα ηλεκτρόνιο που καταλαμβάνει το 4d επίπεδο ενέργειας.

Απάντηση

n = 4 και l = 3. Εάν l = 2 τότε m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Παράδειγμα 5

Προσδιορίστε το bil. κβαντικό στοιχείο ₂₈Νι

Απάντηση

₂₈Ni = [Ar] 4s2 3d8