Kvantová čísla: Co to jsou, cvičení a příklady

Podle atomového modelu Nielse Bohra jsou protony a neutrony atomu v jádru, zatímco elektrony jsou kolem něj. Ačkoli nemůžeme přesně vědět, kde je elektron, existují oblasti, kde je s největší pravděpodobností nalezen, atomové orbitaly. A jak můžeme tyto orbitaly určit? Velmi jednoduché, pomocí kvantových čísel.

Jaká jsou kvantová čísla?

Existují 4 kvantová čísla. Tři z nich nám poskytnou informace o tom, kde se nachází elektron určitého atomu, to znamená, že nám poskytnou informace o orbitálu. Na druhou stranu čtvrté kvantové číslo nám neříká, kde je elektron, ale jak. Stále v tom nemáte příliš jasno? Jít na to!

Hlavní kvantové číslo (n). Je to poslední energetická hladina, kterou je třeba vyplnit a udává velikost orbitálu a tedy vzdálenost mezi jádrem a elektronem. Proč? Velmi snadné. Čím je orbitál větší, tím dále může být elektron od jádra atomu.
Azimutální nebo sekundární kvantové číslo (l). Uveďte tvar orbitálu.
Magnetické kvantové číslo (m). Udává orientaci orbitálu.
Otáčejte kvantové číslo (s). Řekněte, jakým způsobem se elektron otáčí.

Snadné, že? Pojďme k tomu důležitému!

Jak se odvozují kvantová čísla

Chcete -li získat kvantová čísla, stačí provést 2 jednoduché kroky:

Zapište konfiguraci elektronů.
Získejte kvantová čísla z diferenciálního elektronu (poslední, který vyplňuje orbitál).

Elektronická konfigurace

Začneme krokem 1, zapište konfiguraci elektronů. Jak? Existují dva způsoby, jak to udělat, pojďme na to!

Moellerův diagram

Tato technika ukazuje pořadí plnění orbitálů pomocí následujícího výkresu:

Tento diagram se řídí principem Aufbau, který brání, že orbitaly vyplňují vzrůstající pořadí energie, to znamená, že orbitál, který má nejméně energie, se naplní dříve.

Abychom zjistili, který orbitál má více energie, provede se operace n + l. Pokud tato operace pro dva různé atomy vyústí ve stejné číslo, ten, jehož číslo n je vyšší, bude mít více energie. Jinými slovy, v případě nerozhodného výsledku je nejprve vyplněn ten s nejnižším číslem n. Podívejme se na to na příkladu:

4p: n + l -> 4 + 1 = 5

5 s: n + l -> 5 + 0 = 5

Protože v pravidle n + l je remíza, vyplní se o 4p dříve, protože jeho číslo n je nižší.

Model jádra

Abyste získali elektronickou konfiguraci podle tohoto modelu, musíte velmi dobře znát periodickou tabulku. Pokud máme v tabulce atomové číslo a polohu prvku, je to pecka!

Tato metoda je považována za zjednodušenou, protože umožňuje nemuset zapisovat kompletní konfiguraci elektronů. Tímto způsobem můžeme do závorek napsat název prvku vzácného plynu výše a poté cestu od tohoto vzácného plynu k příslušnému prvku. Podívejme se na příklad:Napíšeme tedy trajektorii s přihlédnutím k číslu období (řádek periodické tabulky) a „zóně“ a jakmile je elektronická konfigurace zapsána, extrahujeme kvantová čísla.

Fosfor (P) bude zapsán z předchozího vzácného plynu, tj. Neonu:

P -> [Ne] 3 s²3p³

S touto metodou musíte být samozřejmě opatrní, protože zóny d a f jsou speciální zóny. Když se vydáme na cestu, v zóně d nevložíme číslo tečky (řádek), ale číslo období mínus jedna. Totéž se stane s oblastí F, nebudeme dávat číslo období, ale číslo období minus dvě. Lépe to pochopíte na několika příkladech:

Poznámka -> [Kr] 5 s¹4d⁴

Přestože je to v období 5, když jsme v zóně d, odečteme 1.

Nd -> [Xe] 6 s²4f¹⁴

Přestože je to v období 6, když jsme v zóně f, odečteme 2.

Výjimky v elektronické konfiguraci

Konfigurace elektronů má několik zvláštních aspektů, které, pokud si jich nejste vědomi, mohou vést k velkým podavačům hlavy. Ale nešířte paniku! Řekneme vám to!

Zóna F

Zóna F se objevuje ve spodní části periodické tabulky, ale ve skutečnosti je „vložena“ do mezery, kterou vidíme bíle, tj. Mezi prvním a druhým prvkem posledních dvou řad zóny D.

Ty to vidíš? Proto někdy, když musíme napsat elektronickou konfiguraci prvku v zóně F, například Nd, budeme muset dát elektron do zóny D odpovídající úrovně s odkazem na tento prvek v zóně D, která je před vstupem zóna F.

Ce -> [Xe] 6 s²5d¹4f¹

Skupina 6 a skupina 11

Přechodné kovy skupiny 6 a 11 mají ve svých posledních skořápkách 4 a 9 elektronů. Aby byl orbitál s stabilnějším prvkem, je excitován a ztrácí elektron, který přechází na další orbitál d. Tímto způsobem zůstane orbitálu s elektron; a d s 5, je -li to prvek skupiny 6, nebo s 10, je -li to prvek skupiny 11.

Zde je příklad:

Ag -> [Kr] 5 s²4d⁹

Podle všeho by to byla elektronová konfigurace stříbra (Ag). Ztráta elektronu z orbitálu však vypadá takto:

Ag -> [Kr] 5 s¹4d¹⁰

Existují však výjimky z tohoto pravidla, například Tungsten (skupina 6), kterému zůstávají 2 elektrony v orbitálu s a 4 v d orbitálu.

Ale nebojte se! Nejtypičtější (Cr, Cu, Ag a Au) toto pravidlo dodržují.

Chápeš to? Studna. To je vše, co potřebujete vědět o konfiguraci elektronů. Pojďme na kvantová čísla!

Jak získat kvantová čísla

Abychom získali kvantová čísla, musíme vědět, kolik elektronů se vejde do každého orbitálního obalu, přičemž vezmeme v úvahu, že 2 elektrony se vejdou do orbitálu.

Vrstva s. Má pouze jeden orbitál, takže se do něj vejdou 2 elektrony.

Vrstva p. Má 3 orbitaly, takže je zde prostor pro 6 elektronů.

Vrstva d. Má 5 orbitálů, takže pojme 10 elektronů.

Vrstva f. Má 7 orbitálů, to znamená, že obsahuje 14 elektronů.

Nyní, když chápete, že v každém orbitálu jsou 2 elektrony, měli byste znát Hundovo pravidlo. Toto pravidlo říká, že při plnění orbitálů stejného podúrovně nebo skořápky, například skořápky p, elektrony vyplní orbitál v jednom směru (kladný) a poté v druhém (záporný). Chcete to vidět na příkladu?

Pokud máme 2p⁴To znamená, že orbital 2p se 4 elektrony se nevyplní takto:

Vyplní se takto:

Chápeš to? Skvělé, pojďme se podívat, jak vypočítat čísla:

Kvantové číslo n. Toto číslo se shoduje s číslem poslední úrovně konfigurace elektronů. Pokud například konfigurace elektronů skončí za 4 s², hlavní kvantové číslo bude 4.
Kvantové číslo l. Toto číslo závisí na poslední vrstvě, která byla vyplněna.
Vrstva s -> l = 0
Vrstva p -> l = 1
Vrstva d -> l = 2
Vrstva f -> l = 3
Kvantové číslo m. Číslo m může být jakákoli hodnota mezi -l až + l, takže bude záviset na podúrovni, ve které je diferenciální elektron, tj. Na tom, zda je s, p, d nebo f. Jak vypočítat toto číslo je trochu komplikovanější, podívejme se na to pomocí několika kreseb:
Vrstva s -> Jak jsme viděli, l má hodnotu 0, takže m může mít hodnotu pouze 0.
Vrstva p -> l má hodnotu 1, takže m může být -1, 0 nebo 1.

Vrstva d -> L je 2, takže m může být -2, -1, 0, 1 a 2.

Vrstva f -> l má hodnotu 3, takže m může být -3, -2, -1, 0, 1, 2 a 3.

Už víte, jak jsou orbitaly vyplněny, takže kvantové číslo m bude mít hodnotu díry, kde je poslední nakreslený elektron. Pamatujete si tento příklad z minulosti?:

V tomto případě bude m -1, protože v p plášti (3 orbitaly), pokud existují 4 elektrony, poslední, který by byl vyplněn, by byl záporem prvního orbitálu.

Kvantové číslo s. Kvantové číslo s může mít hodnotu jen ½ a ½. Pokud je poslední odebraný elektron kladný, to znamená, že šipka je nahoře, s bude ½. Na druhou stranu, pokud je poslední elektron, který vyplnil orbitál, záporný, tj. Se šipkou směřující dolů, s bude –½.

Cvičení a příklady

Ano, už víme, že toto všechno je spousta informací, ale s některými příklady to lépe pochopíte. Tady jsme!

Příklad 1

Selen (Se) -> Atomové číslo: 34

Zapíšeme konfiguraci elektronů. Zapisujeme konfiguraci elektronů podle Moellerova diagramu, přičemž vezmeme v úvahu, že orbitaly s, p, d a f mají 2, 6, 10 a 14 elektronů. Konfiguraci píšeme přidáním počtu elektronů, který je zapsán jako exponent.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Protože orbital 4p se nevyplňuje, protože elektrony by sečtly až 36, nedáváme 4p⁶ale 4 p⁴.

Vyjmeme kvantová čísla. Za tímto účelem se podíváme na valenční nebo diferenciální elektron, to znamená na poslední elektron, který vyplnil orbitál. V tomto případě se podíváme na 4p⁴.
- Hlavní kvantové číslo. Poslední úroveň energie, kterou bylo třeba naplnit, byla 4.

n = 4