Kwantumnummers: vormen, atoombaan en voorbeelden

Een kwantumgetal is een getal dat een speciale betekenis of parameter heeft om een ​​toestand van een kwantumsysteem te beschrijven.

In het begin hebben we misschien enkele eenvoudige atoomtheorieën bestudeerd, zoals de theorie van John Dalton. Technologische ontwikkelingen leidden echter tot nieuwe theorieën over het atoom.

Eerder wisten we van de atoomtheorie van Niels Bohr, die stelt dat atomen in hun baan rond de atoomkern kunnen bewegen.

Maar een paar jaar later werd een nieuwe atoomtheorie geboren, bekend als de kwantumtheorie, na de ontdekking van de theorie van het deeltje-golf-dualisme.

De kwantumtheorie van het atoom zorgt voor significante veranderingen in het atomaire model.

In de kwantumtheorie worden atomen gemodelleerd in de vorm van getallen of zogenaamde kwantumgetallen . Laten we voor meer details eens kijken naar wat een bil is. quantum.

voorlopig

"Een kwantumgetal is een getal dat een speciale betekenis of parameter heeft om een ​​toestand van een kwantumsysteem te beschrijven."

Aanvankelijk werd deze theorie naar voren gebracht door een beroemde natuurkundige genaamd Erwin Schrödinger met een theorie die vaak de theorie van de kwantummechanica wordt genoemd.

Het atomaire model dat voor het eerst door hem werd opgelost, was het model van het waterstofatoom door middel van een golfvergelijking om de bil te verkrijgen. quantum.

Uit dit aantal kunnen we het model van een atoom kennen, uitgaande van de atomaire orbitalen die de neutronen en elektronen daarin beschrijven en het gedrag van het atoom.

Er moet echter worden opgemerkt dat het model van de kwantumtheorie is gebaseerd op de onzekerheid van elektronenposities. Een elektron is niet zoals een planeet die in zijn baan om een ​​ster draait. Elektronen bewegen zich echter volgens de golfvergelijking, zodat de positie van het elektron alleen kan worden "voorspeld" of dat de waarschijnlijkheid bekend is.

Daarom produceert de theorie van de kwantummechanica verschillende elektronenkansen, zodat de reikwijdte van de verstrooide elektronen bekend kan zijn of zogenaamde orbitalen.

Wat is precies een kwantumgetal?

In feite bestaat een kwantumgetal uit vier sets getallen, namelijk:

• Hoofdkwantumgetal (n)
• Azimutgetal (l)
• Magnetisch nummer (m)
• Draai nummer (s).

Van de vier sets getallen hierboven kunnen ook het orbitale energieniveau, de grootte, de vorm, de orbitale radiale waarschijnlijkheid of zelfs de oriëntatie ervan bekend zijn.

Bovendien kan het spincijfer ook het impulsmoment of de spin van een elektron in een orbitaal beschrijven. Voor meer details bekijken we de elementen waaruit rekeningen bestaan ​​een voor een. quantum.

1. belangrijkste kwantumgetal (n)

Zoals we weten, beschrijft het hoofdkwantumgetal het belangrijkste kenmerk gezien vanaf een atoom, namelijk het energieniveau.

Hoe groter de waarde van dit getal, hoe groter het energieniveau van de orbitalen dat een atoom heeft.

Lees ook: Assimilatie [volledig]: definitie, termen en volledige voorbeelden

Aangezien een atoom een ​​schil van minstens 1 heeft, wordt het hoofdkwantumgetal geschreven als een positief geheel getal (1,2,3,….).

2. Azimuth Quantum Number (l)

Er zijn nummers na het hoofdkwantumnummer die bil worden genoemd. kwantum azimut.

Het azimutkwantumgetal beschrijft de orbitale vorm die een atoom heeft. Orbitale vorm verwijst naar de locatie of subshell die een elektron kan innemen.

Schriftelijk wordt dit getal geschreven door de bil af te trekken. hoofdkwantum met één (l = n-1).

Als een atoom 3 schalen heeft, dan is het azimutgetal 2 of met andere woorden, er zijn 2 subschalen waar de elektronen aanwezig kunnen zijn.

3. kwantum magnetisch getal (m)

Na het kennen van de vorm van de orbitaal met het azimutgetal, kan de oriëntatie van de orbitaal ook worden gezien met bi. kwantum magnetisch.

De orbitale oriëntatie in kwestie is de positie of richting van de orbitaal die een atoom heeft. Een orbitaal heeft minimaal plus en min de waarde van zijn azimutgetal (m = ± l).

Stel dat een atoom het getal l = 3 heeft, dan is zijn magnetische getal (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) of met andere woorden, het atoom kan 7 soorten oriëntatie hebben.

4. de Spin Quantum-nummer (s)

Kortom, elektronen hebben een intrinsieke identiteit die impulsmoment wordt genoemd of wat algemeen bekend staat als spin.

Deze identiteit wordt vervolgens beschreven door een nummer dat het spinkwantumnummer wordt genoemd.

De beschreven waarde is alleen de positieve of negatieve waarde van spin of algemeen bekend als spin up en spin down.

Vandaar dat bil. het spinkwantum bestaat alleen uit (+1/2 en -1/2). Als een bil. quantum heeft een spin-getal van +1/2, dus de elektronen hebben een spin-up-oriëntatie.

Hieronder ziet u een voorbeeld van een tabel met kwantumgetallen, zodat u meer over rekeningen kunt begrijpen. quantum.

Atomaire orbitaal

Eerder hebben we geleerd dat een orbitaal een plaats of ruimte is die een atoom kan innemen.

Laten we, zodat u de orbitalen kunt begrijpen, naar de onderstaande afbeelding kijken.

De afbeelding hierboven is een vorm van de orbitaal van een atoom. De pijl in de afbeelding hierboven toont de baan of ruimte die een elektron kan innemen.

Uit de bovenstaande afbeelding kunnen we zien dat het atoom twee ruimtes heeft die kunnen worden ingenomen door elektronen.

Een atoom heeft vier soorten subshells, namelijk de s, p, d en f subshells. Omdat de subshells op een atoom anders zijn, is de vorm van de orbitalen ook anders.

Hieronder volgen enkele beschrijvingen van de orbitalen die een atoom heeft.

Elektronen configuratie

Nadat we weten hoe we het atoom kunnen modelleren volgens de kwantummechanische theorie, zullen we de configuratie of rangschikking van elektronen in atomaire orbitalen bespreken.

Lees ook: Vergelijkingen van absolute waarden (volledige uitleg en voorbeeldopgaven)

Er zijn drie hoofdregels die de basis vormen voor de rangschikking van elektronen in atomen. De drie regels zijn:

1. Het Aufbau-principe

Het Aufbau-principe is een regel van elektronenopstelling waarbij elektronen eerst orbitalen bezetten met het laagste energieniveau.

Om ervoor te zorgen dat u niet in de war raakt, is de onderstaande afbeelding de arrangementregels volgens het Aufbau-principe.

2. Het Pauli-verbod

Elke opstelling van elektronen kan worden gevuld van het laagste orbitale energieniveau tot het hoogste.

Pauli benadrukte echter dat het in één atoom niet mogelijk is om uit twee elektronen met hetzelfde kwantumgetal te bestaan. Elke baan kan alleen worden bezet door twee soorten elektronen met tegengestelde spins.

3. De Hund-regel

Als een elektron zich op hetzelfde orbitale energieniveau vult, begint de plaatsing van elektronen door eerst de spin-up elektronen in elke orbitaal te vullen, te beginnen met een laag energieniveau. Ga dan verder met het afvullen.

De elektronenconfiguratie wordt ook vaak vereenvoudigd met de edelgaselementen zoals hierboven weergegeven.

Daarnaast werden ook anomalieën in de elektronenconfiguratie gevonden, zoals in de d-subshell. In de d-subshell zijn de elektronen meestal half gevuld of volledig gevuld. Daarom heeft de atoomconfiguratie Cr een ₂₄ Cr- configuratie : [Ar] 4s13d5.

Problemen voorbeeld

Hier zijn enkele voorbeeldvragen om de cijfers beter te begrijpen. quantum

voorbeeld 1

Een elektron heeft de waarde van een hoofdkwantumgetal (n) = 5. Bepaal elke rekening. andere kwantum?

Antwoord

 De waarde van n = 5
Waarde van l = 0,1,2 en 3
De waarde van m = tussen -1 en +1
Voor de waarde van l = 3, de waarde van m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

Voorbeeld 2

Zoek de elektronenconfiguratie en het elektronendiagram van het ₃₂ Ge- elementatoom

Antwoord

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

Voorbeeld 3

Vind de elektronenconfiguratie en het elektronendiagram van het ₈ O2- ion

Antwoord

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 of [He] 2s2 2p6 of [Ne] (2 elektronen toegevoegd: 2s2 2p4 + 2)

Voorbeeld 4

Bepaal de hoofd-, azimut- en magnetische kwantumgetallen die een elektron dat het 4d-energiesubniveau bezet, zou kunnen hebben.

Antwoord

n = 4 en l = 3. Als l = 2 dan m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Voorbeeld 5

Bepaal de bil. kwantumelement ₂₈ Ni

Antwoord

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8