Квантни бројеви шта и шта су, вежбе решене



Тхе квантни бројеви су оне које описују дозвољена енергетска стања за честице. У хемији се користе посебно за електрон унутар атома, претпостављајући да је њихово понашање оно што стоји у стојећем таласу уместо у сферном телу које кружи око језгра..

Када посматрамо електрон као стојећи талас, он може имати само конкретне, а не произвољне вибрације; другим ријечима значи да су ваши енергетски нивои квантизирани. Дакле, електрон може да заузме места која карактерише једначина звана тродимензионална таласна функција ѱ.

Рјешења добивена Сцхродингеровом валном једнаџбом одговарају специфичним мјестима у простору кроз који електрони пролазе унутар језгре: орбитале. Одавде, такође узимајући у обзир ундулаторну компоненту електрона, подразумева се да само у орбиталима постоји вероватноћа да се она пронађе..

Али где се појављују квантни бројеви за електрон? Квантни бројеви дефинишу енергетске карактеристике сваке орбите и, према томе, стање електрона. Његове вредности се заснивају на квантној механици, сложеним математичким прорачунима и апроксимацијама направљеним од атома водоника.

Према томе, квантни бројеви добијају опсег унапред одређених вредности. Група од њих помаже да се идентифицирају орбитале кроз које пролази специфични електрон, што заузврат представља нивое енергије атома; поред тога, електронска конфигурација која разликује све елементе.

Горња слика приказује уметничку илустрацију атома. Иако је мало претјерано, центар атома има електронску густоћу већу од њихових ивица. То значи да се растом удаљености од језгра смањује вероватноћа проналажења електрона.

Такође, у том облаку постоје области где је вероватноћа проналажења електрона једнака нули, тј. Постоје чворови у орбиталима. Квантни бројеви представљају једноставан начин за разумијевање орбитала и одакле долазе електронске конфигурације.

Индек

  • 1 Шта и шта су квантни бројеви у хемији?
    • 1.1 Главни квантни број
    • 1.2 Квантни азимут, угаони или секундарни квант
    • 1.3 Магнетни квантни број
    • 1.4 Квантни број окретаја
  • 2 Вежбе решене
    • 2.1 Вежба 1
    • 2.2 Вежба 2
    • 2.3 Вежба 3
    • 2.4 Вежба 4
    • 2.5 Вежба 5
    • 2.6 Вежба 6
  • 3 Референце

Шта и шта су квантни бројеви у хемији?

Квантни бројеви дефинишу положај било које честице. За случај електрона они описују његово енергетско стање, и према томе, у којој је то орбита. Нису све орбитале доступне за све атоме, и подложне су главном квантном броју н.

Главни квантни број

Она дефинише главни енергетски ниво орбите, тако да се све ниже орбитале морају прилагодити, као и његови електрони. Овај број је директно пропорционалан величини атома, јер на већим удаљеностима од језгра (већи атомски радијуси), већа је енергија потребна за кретање електрона кроз те просторе..

Које вриједности може потрајати? н? Цели бројеви (1, 2, 3, 4, ...), који су њихове дозвољене вредности. Међутим, сама по себи не пружа довољно информација да би се дефинисала орбита, већ само њена величина. Да би детаљно описали орбитале, потребна су вам најмање два додатна квантна броја.

Квантни азимут, угаони или секундарни

Означава се словом л, и захваљујући томе, орбита добија одређени облик. Из главног квантног броја н, Које вредности заузима овај други број? Пошто је то други, дефинише га (н-1) до нуле. На пример, ако н је једнако 7, л то је онда (7-1 = 6). Његов опсег вредности је: 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.

Још важније од вредности л, су слова (с, п, д, ф, г, х, и ...) повезана са њима. Ова слова означавају облике орбитала: с, сферна; п, тежине или везе; д, лишће детелине; и тако даље са другим орбиталима, чији је дизајн сувише компликован да би се повезао са било којом фигуром.

Шта је корисно л до сада? Ове орбитале са својим сопственим облицима иу складу са апроксимацијама таласне функције одговарају подслојевима главног енергетског нивоа..

Одавде, орбита 7с указује да је то сферични подлој на нивоу 7, док орбитална 7п показује на другу која је у облику бучице, али на истом енергетском нивоу. Међутим, ниједан од ова два квантна броја још увек не описује тачно "вероватноћу кретања" електрона.

Магнетни квантни број

Сфере су уједначене у простору, колико год се ротирале, али исто не важи за "утеге" или "листове дјетелине". Ту се јавља магнетни квантни број мл, који описује просторну оријентацију орбите на тродимензионалној картезијанској оси.

Као што сам објаснио, мл зависи од секундарног квантног броја. Због тога, да би се одредиле његове дозвољене вредности, интервал мора бити написан (-л, 0, +л), и употпуните га један по један, од једног до другог краја.

На пример, за 7п п одговара л= 1, тако да је њихов мл су (-1, или, +1). Из тог разлога постоје три п орбитале (стрк, пи анд пз).

Директан начин израчунавања укупног броја мл примењује формулу 2л + 1. Дакле, ако л= 2, 2 (2) + 1 = 5, и као л једнако 2 одговара орбитали д, дакле има пет д орбитала.

Поред тога, постоји још једна формула за израчунавање укупног броја мл за главни квантни ниво н (то јест, заобилазећи л): н2. Да н једнак је 7, онда је број укупних орбитала (без обзира на њихове облике) 49.

Квантни број окретања

Захваљујући доприносима Паула А. М. Дираца, добијен је последњи од четири квантна броја, који се сада специфично односе на електрон, а не на његову орбиталу. Према Паулијевом принципу искључења, два електрона не могу имати исте квантне бројеве, а разлика између њих пада на момент ротације., мс.

Које вриједности може потрајати? мс? Два електрона дијеле исту орбиталу, мора путовати у једном смислу простора (+1/2), а други у супротном смјеру (-1/2). Тако да мс има вредности од (± 1/2).

Предвиђања за број атомских орбитала и дефинисање просторног положаја електрона као стојећег таласа, потврђена су експериментално спектроскопским доказима.

Решене вежбе

Вежба 1

Какав облик има 1с орбитални атом водоника и који су квантни бројеви који описују његов јединствени електрон?

Прво, с означава секундарни квантни број л, чији је облик сферичан. Јер с одговара вредности од л једнак нули (с-0, п-1, д-2, итд.), број стања мл је: 2л + 1, 2 (0) + 1 = 1. Дакле, постоји 1 орбитала која одговара подслоју л, и чија је вредност 0 (-л, 0, +л, али л то је 0 јер је то подземље с).

Због тога, она има једну орбиталу са јединственом оријентацијом у простору. Зашто? Зато што је то сфера.

Шта је спин тог електрона? Према Хундовом правилу, она мора бити оријентисана као +1/2, јер је прва која заузима орбиталу. Дакле, четири квантна броја за електрон 1с1 (електронска конфигурација водоника) су: (1, 0, 0, +1/2).

Вежба 2

Који су подслојеви који се очекују за ниво 5, као и број орбитала?

Рјешавање спорим путем, када н= 5, л= (н-1) = 4. Дакле, имамо 4 подслоја (0, 1, 2, 3, 4). Сваки слој одговара другој вредности л и има своје вредности мл. Ако је број орбитала одређен први, онда би било довољно да се дуплира да би се добио број електрона.

Расположиви подслојеви су с, п, д, ф и г; стога, 5с, 5п, 5д, 5д и 5г. И његове орбитале су дате у интервалу (-л, 0, +л):

(0)

(-1, 0, +1)

(-2, -1, 0, +1, +2)

(-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)

(-4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)

Прва три квантна броја су довољна да се заврши дефинисање орбитала; и због тога су државе именоване мл као такве.

Да би се израчунао број орбитала за ниво 5 (не укупне вредности атома), довољно је применити формулу 2л + 1 за сваки ред пирамиде:

2 (0) + 1 = 1

2 (1) + 1 = 3

2 (2) + 1 = 5

2 (3) + 1 = 7

2 (4) + 1 = 9

Имајте на уму да се резултати могу добити једноставним бројањем целих бројева пирамиде. Број орбитала је тада зброј њих (1 + 3 + 5 + 7 + 9 = 25 орбитала).

Фаст ваи

Горе наведени израчун се може извршити на много директнији начин. Укупан број електрона у једном слоју односи се на његов електронски капацитет и може се израчунати помоћу формуле 2н2.

Дакле, за вежбу 2 имате: 2 (5)2= 50 Дакле, слој 5 има 50 електрона, а пошто могу постојати само два електрона по орбити, постоје (50/2) 25 орбитала.

Вежба 3

Да ли је постојање 2д или 3ф орбиталне вјероватно? Објасните.

Подлози д и ф имају главни квантни број 2 и 3. Да би се знало да ли су доступни, мора се проверити да ли наведене вредности спадају у интервал (0, ..., н-1) за секундарни квантни број. Од н је 2 за 2д, а 3 за 3ф, за које су интервали л су: (0,1) и (0, 1, 2).

Из њих се види да 2 не улази (0, 1) нити 3 у (0, 1, 2). Према томе, орбиталама 2д и 3ф нису дозвољене енергетске вредности и ниједан електрон не може да прође кроз област простора коју они дефинишу..

То значи да елементи у другом периоду периодне табеле не могу да формирају више од четири везе, док они који припадају периоду 3 на то могу да ураде у такозваном експанзији валентног слоја..

Вежба 4

Која орбитала одговара следећа два квантна броја: н = 3 и л = 1?

Ас н= 3, ви сте у слоју 3, и л= 1 означава орбиталу п. Дакле, једноставно орбитално одговара 3п. Али постоје три п орбитале, тако да вам треба магнетни квантни број мл разазнати међу њима три специфичне орбите.

Вежба 5

Каква је веза између квантних бројева, електронске конфигурације и периодног система? Објасните.

Пошто квантни бројеви описују енергетске нивое електрона, они такође откривају електронску природу атома. Тада су атоми распоређени у периодном систему према броју протона (З) и електрона.

Групе периодне табеле деле карактеристике које имају исти број валентних електрона, док периоди одражавају ниво енергије у којој се налазе наведени електрони. Који квантни број одређује ниво енергије? Главни, н. Као резултат, н једнак је времену које заузима атом хемијског елемента.

Такође, из квантних бројева добијају се орбитале које, након што су наручене са Ауфбауовим правилом изградње, доводе до електронске конфигурације. Према томе, квантни бројеви се налазе у електронској конфигурацији и обрнуто.

На пример, електронска конфигурација 1с2 то указује да постоје два електрона у подслоју с, једне орбите, и у слоју 1. Ова конфигурација одговара оној хелијовог атома, а њена два електрона могу се разликовати помоћу квантног броја спина; један ће имати вредност +1/2, а друга -1/2.

Вежба 6

Који су квантни бројеви за 2п подслој4 кисеониковог атома?

Постоје четири електрона (4 на п). Сви су на нивоу н једнака је 2, заузимајући подслој л једнака 1 (орбитале са облицима вагања). Тамо горе електрони деле прва два квантна броја, али се разликују у друга два.

Ас л то је исто 1, мл узмите вредности (-1, 0, +1). Дакле, постоје три орбитале. Узимајући у обзир Хундово правило попуњавања орбитала, биће пар електрона и два од њих неспарена (↓ ↑ ↑).

Први електрон (са лева на десно од стрелица) имаће следеће квантне бројеве:

(2, 1, -1, +1/2)

Остала два преостала

(2, 1, -1, -1/2)

(2, 1, 0, +1/2)

А за електрон у последњој орбиталној 2п, стрелицу на десно

(2, 1, +1, +1/2)

Имајте на уму да четири електрона деле прва два квантна броја. Само први и други електрон деле квантни број мл (-1), пошто су упарени у истој орбити.

Референце

  1. Вхиттен, Давис, Пецк & Станлеи. Цхемистри (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 194-198.
  2. Куантум Нумберс анд Елецтрон Цонфигуратионс. (с.ф.) Преузето из: цхемед.цхем.пурдуе.еду
  3. Цхемистри ЛибреТектс. (25. март 2017). Куантум Нумберс. Преузето са: цхем.либретектс.орг
  4. Хелменстине М. А. Пх.Д. (26. април 2018). Квантни број: Дефиниција. Преузето са: тхоугхтцо.цом
  5. Орбитале и питања квантних бројева. [ПДФ] Преузето из: утдаллас.еду
  6. ЦхемТеам (с.ф.). Куантум Нумбер Проблемс. Преузето са: цхемтеам.инфо