Квантові числа в хімії — це набори чисел, які описують орбіту електрона та рух всередині атома. Коли квантові числа всіх електронів у даному атомі складаються разом, вони повинні задовольняти Рівняння Шредінгера .

Квантові числа — це набір чисел, які використовуються для опису положення та енергії електрона в атомі. Існує чотири типи квантових чисел: головні, азимутальні, магнітні та спінові. Квантові числа представляють значення збережених величин квантової системи.

Давайте детально дізнаємося про всі квантові числа в цій статті.

Зміст

• Що таке квантові числа?
• Типи квантових чисел
• Значення квантових чисел
• Атомна орбіталь
• Інші закони, пов'язані з положенням і ходом електронів

Що таке квантові числа?

Квантові числа — це набір постійних значень у квантовому підході. Квантові числа або Електронні квантові числа описують електрон за допомогою числових значень, які забезпечують розв’язки хвильового рівняння Шредінгера для атомів водню; ці числа можуть визначати положення, енергію та орієнтацію електрона в атомі за допомогою набору чисел.

висота kat timpf

Відповідно до Принцип виключення Паулі , ніякі два електрони в атомі не можуть мати однаковий набір квантових чисел. Для характеристики кожного квантового числа використовується напівціле або ціле число. Головне, азимутальне та магнітне квантові числа відповідно пов’язані з розміром, формою та орієнтацією атома.

Чотири квантові числа можна використовувати для повного опису всіх властивостей даного електрона в атомі; це:

1. Головне квантове число
2. Квантове число орбітального кутового моменту (або азимутальне квантове число).
3. Магнітне квантове число
4. Спінове квантове число електрона

Типи квантових чисел

Чотири квантові числа використовуються для повного опису всіх характеристик електрона в атомі. Ці квантові числа:

• Головне квантове число (n)
• Азимутальне квантове число (l)
• Магнітне квантове число (m_л)
• Квантове число спіну електрона (s)

Головне квантове число (n)

Символ «n» позначає головні квантові числа. Вони позначають первинну електронну оболонку атома. Оскільки воно описує найбільш вірогідну відстань між ядром і електронами, більше значення головного квантового числа означає більшу відстань між електроном і ядром (що, у свою чергу, передбачає більший розмір атома).

• Значенням головного квантового числа може бути будь-яке ціле число з додатним значенням, рівним або більшим за одиницю. Значення n=1 позначає внутрішню електронну оболонку атома, яка відповідає найнижчому енергетичному стану (або основному) електрона.
• У результаті головне квантове число n не може мати від’ємного значення або дорівнювати нулю, оскільки атом не може мати від’ємного значення або не мати значення для головної оболонки.
• Коли електрон наповнюється енергією (збуджений стан), електрон перескакує з однієї головної оболонки на більш високу, що призводить до збільшення значення n.
• Подібним чином, коли електрони втрачають енергію, вони повертаються на нижчі оболонки, знижуючи значення n. Поглинання означає збільшення значення n для електрона, акцентуючи увагу на фотонах або енергії, які поглинає електрон.
• Так само зменшення значення n для електрона називається випромінюванням, і саме тут електрони випромінюють свою енергію.

Азимутальне квантове число (l) – квантове число орбітального кутового моменту

Азимутальне квантове число (або орбітальний кутовий момент) описує форму орбіталі. Він позначається літерою «l», а його значення дорівнює загальній кількості кутових вузлів на орбіталі.

• Значення азимутального квантового числа може позначати підоболонку s, p, d або f, форма якої різна.
• Це значення визначається (і обмежується) значенням головного квантового числа, тобто азимутальне квантове число коливається від 0 до (n-1).
• Наприклад, якщо n = 3, азимутальне квантове число може мати три значення: 0, 1 і 2.
• Коли l встановлено на нуль, отримана підоболонка є підоболонкою «s».
• Коли l=1 і l=2, отримані підоболонки є підоболонками «p» і «d» відповідно (відповідно).
• У результаті, коли n=3, три підоболонки, які можуть існувати, це 3s, 3p і 3d. В іншому випадку, коли n = 5, можливими значеннями l є 0, 1, 2, 3 і 4. Якщо l = 3, атом містить три кутові вузли.

Магнітне квантове число (m_л)

Магнітне квантове число визначає загальну кількість орбіталей у підоболонці, а також їхню орієнтацію. Він представлений символом «m_л.’ Це число представляє проекцію кутового моменту орбіталі вздовж заданої осі.

• Магнітне квантове число визначається азимутальним (або орбітальним кутовим моментом) квантовим числом.
• Для заданого значення l значення m_лколивається від -l до +l. У результаті він опосередковано залежить від значення n.
• Наприклад, якщо в атомі n = 4 і l = 3, магнітне квантове число може бути -3, -2, -1, 0, +1, +2 і +3. Загальна кількість орбіталей у даній підоболонці визначається значенням «l» орбіталі.
• Розраховується за формулою (2l + 1). Підоболонка «3d» (n=3, l=2), наприклад, має 5 орбіталей (2*2 + 1). Кожна орбіталь може утримувати два електрони. У результаті 3d-оболонка може вмістити загалом 10 електронів.

Квантове число спіну електрона (s)

Спінове квантове число електрона не залежить від n, l і m_лзначення. Значення цього числа, позначене символом m_с, вказує напрямок, у якому обертається електрон.

• m_сзначення вказує напрямок, у якому обертається електрон. Спінове квантове число електрона може мати значення від +1/2 до -1/2.
• Позитивне значення m_спозначає обертання електрона вгору, також відоме як обертання вгору.
• Якщо m_сє негативним, кажуть, що відповідний електрон має обертання вниз або обертання вниз.
• Значення квантового числа спіна електрона визначає, чи може даний атом генерувати магнітне поле чи ні. Значення m_сможна узагальнити до ±½.

Значення квантових чисел

Квантові числа є значущими, оскільки їх можна використовувати для оцінки електронної конфігурації атома та місця, де його електрони найімовірніше розташовані. Атомний радіус і енергія іонізації атомів, серед інших властивостей, також визначаються квантовими числами.

Кожне квантове число має власне значення, яке описано в наступній таблиці:

Атомна орбіталь

Як ми знаємо, електрони поводяться як хвилі, і положення електрона всередині атома можна легко визначити за допомогою хвильової теорії квантової механіки шляхом розв’язання хвильового рівняння Шредінгера на певному рівні енергії атома.

Ці хвильові функції, які визначають положення електрона всередині атома, називаються атомними орбіталями. Ці орбіталі є місцями, які мають найвищу ймовірність знайти електрон. Всередині атома є чотири типи орбіталей

• s – орбіталь
• р – орбіталь
• г – орбітальна
• f – орбіталь

Атомні орбіталі також визначаються як фізичний простір всередині атома, де найвища ймовірність знайти електрон.

Детальніше:

• Електронна конфігурація елементів
• Заповнення орбіталей в атомі
• Форми атомних орбіталей

Інші закони, що стосуються положення та шляху електронів

Три інші правила та принципи в хімії допомагають нам зрозуміти положення, шлях, орбіти та енергетичні рівні електронів в атомі, вони обговорюються в наступних підрозділах:

Принцип будови

Принцип Ауфбау, також званий правилом Ауфбау, говорить про те, що електрони спочатку переходять на атомні орбіталі з нижчою енергією, а потім на орбіталі з вищою енергією. Aufbau німецькою мовою означає нарощування.

NCERT Визначення принципу структури

В основному стані атомів орбіталі заповнені в порядку зростання їх енергії.

The Принцип побудови допомагає нам зрозуміти, як електрони розташовуються в атомах або іонах. Наприклад, підоболонка 1s заповнюється перед підоболонкою 2s.

Ось порядок, у якому електрони заповнюють орбіталі: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p і т.д. Цей шаблон заповнення застосовується до кожного атома.

для приклад , використовуючи принцип Ауфбау, електронна конфігурація сірки записується як [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Правило максимальної кратності Хунда

Правило Хунда говорить, що кожна орбіталь на підрівні отримує один електрон, перш ніж будь-яка з них отримає другий. І всі електрони на цих однозаповнених орбіталях мають однаковий спін.

NCERT Визначення правила Хунда

Спарювання електронів на орбіталях, що належать одній підоболонці (p, d або f), не відбувається, доки кожна орбіталь, що належить цій підоболонці, не отримає по одному електрону, тобто вона зайнята окремо.

Правило Хунда, яке також називають правилом максимальної кратності, може призвести до того, що атоми мають кілька неспарених електронів. Ці неспарені електрони можуть обертатися в різних напрямках, створюючи магнітні моменти в різних напрямках.

чи може абстрактний клас мати конструктор

Правило Хунда застосовується до певних молекул, які мають неспарені електрони.

Принцип виключення Паулі

Принцип виключення Паулі говорить, що дві ідентичні частинки з напівцілими спінами не можуть перебувати в одному квантовому стані в системі.

NCERT Визначення принципу виключення Паулі

Жодні два електрони в атомі не можуть мати однаковий набір із чотирьох квантових чисел.

АБО

Тільки два електрони можуть існувати на одній орбіталі, і ці електрони повинні мати протилежний спін.

У хімії, Принцип виключення Паулі говорить нам про те, що в одному атомі два електрони не можуть мати всі чотири квантові числа однаковими. Це означає, що максимум два електрони можуть займати одну орбіталь і вони повинні мати протилежні спіни.

Принцип виключення Паулі встановлює обмеження на те, скільки електронів може бути в оболонці або підоболонці.

Вирішені питання про квантові числа

Запитання 1: Знайти всі чотири квантові числа останнього електрона Рубідію.

рішення:

Рубідій має атомний номер Z = 37.

Електронна конфігурація рубідію,

1с²2s²2п⁶3s²3п⁶3d¹⁰4s²4п⁶5 с¹

Валентність електрона останньої оболонки дорівнює 5s¹

тому

Головне квантове число, n = 5,

Азимутальне квантове число, l = 0,

Магнітне квантове число, м_л= 0,

Спінове квантове число, s = +1/2

Питання 2: Вкажіть можливі значення магнітного квантового числа для l = 2.

рішення:

chmod 755

Враховуючи це, азимутальне квантове число, l = 2

ми це знаємо,

м_л= – l до + l

тому

м_л= від -2 до +2

тобто

м₂= -2, -1, 0, +1, +2

Запитання 3: Знайдіть усі чотири квантові числа останнього електрона Натрію.

рішення:

Натрій має атомний номер Z = 11.

Електронна конфігурація рубідію,

1с²2s²2п⁶3s¹

Валентність останнього електрона оболонки дорівнює 3s¹

тому

Головне квантове число, n = 3,

Азимутальне квантове число, l = 0,

Магнітне квантове число, м_л= 0,

java підручник

Спінове квантове число, s = +1/2

Запитання 4: Вкажіть можливі значення магнітного квантового числа для l = 3.

рішення:

Враховуючи це, азимутальне квантове число, l = 3

ми це знаємо,

для l = 3,

м_л= – 3 до + 3

тобто

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

Квантові числа MCQ Практичні завдання

Щоб дізнатися більше про практику квантових чисел MCQ про кількісні числа

Поширені запитання про квантові числа

Дайте визначення квантових чисел.

Набір чисел, які використовуються для визначення положення та енергії числа електронів в атомі, називаються квантовими числами.

Скільки існує квантових чисел?

Чотири квантові числа:

• Головне квантове число (n)
• Азимутальне квантове число (l)
• Магнітне квантове число (m_л)
• Квантове число спіну електрона (s)

Яке квантове число визначає форму орбіталі?

Азимутальне квантове число (l), яке також називають кутовим квантовим числом, визначає форму орбіталі.

Яке квантове число визначає орієнтацію орбіталі?

Магнітне квантове число (m_л) використовується для представлення орієнтації орбіталі в тривимірному просторі.

Скільки квантових чисел потрібно для визначення орбіталі?

Для визначення орбіталі атома потрібні три квантові числа:

• Головне квантове число (n)
• Азимутальне квантове число (l)
• Магнітне квантове число (m_л)

Яке квантове число визначає енергію електрона?

Енергію електрона можна легко визначити за допомогою головного квантового числа (n) і азимутального квантового числа (l) електрона.

Що таке квантова енергія?

Енергія квантових частинок (тобто дуже дуже малих частинок) називається квантовою енергією. Одним із способів вимірювання квантової енергії є використання фотона, який є найменшою одиницею вимірювання енергії світла та енергії інших електромагнітних хвиль.

Що таке спін електрона?

Спін електрона є квантовою властивістю електронів. Це форма з кутовим моментом. В якості методики навчання інструктори порівнюють обертання електрона з обертанням планети навколо своєї осі кожні 24 години. Розкрутка відбувається, коли електрон обертається за годинниковою стрілкою навколо своєї осі; спін ​​вниз відбувається, коли електрон обертається проти годинникової стрілки.

Що таке принцип побудови?

Принцип побудови це поняття в хімії, яке пояснює, як електрони заповнюють атомні орбіталі в атомі. Згідно з цим принципом, електрони займають орбіталі з найнижчою енергією, перш ніж перейти на орбіталі з більшою енергією.

Що таке правило Хунда, клас 11?

Правило Хунда, яке часто обговорюється в 11 класі хімії, стверджує, що електрони будуть займати орбіталі одного енергетичного рівня (підоболонки) окремо, перш ніж об’єднатися в пари. Крім того, електрони на окремо зайнятих орбіталях матимуть паралельні спіни.

Що таке повна форма SPDF?

SPDF означає чотири підрівні або орбіталі в атомі: s, p, d і f. Ці літери позначають різні форми та орієнтації атомних орбіталей, де ймовірно знаходяться електрони.

• S: Різке
• Q: Головне
• D: дифузний
• F: фундаментальний

Чому квант називається квантовим?

Термін квант походить від латинського слова, що означає скільки або кількість . У фізиці це стосується дискретних і неподільних одиниць, у яких певні фізичні величини, такі як енергія та імпульс, квантовані відповідно до квантової теорії. Ці дискретні одиниці є фундаментальними для розуміння поведінки частинок на атомному та субатомному рівнях. Тому галузь квантової фізики названа за поняттям квантування.