Kvantetal: Hvad de er, øvelser og eksempler

Ifølge Niels Bohrs atommodel er protonerne og neutronerne i et atom i kernen, mens elektronerne er omkring det. Selvom vi ikke kan vide præcis, hvor en elektron er, er der områder, hvor den mest sandsynligt er at finde, atomorbitalerne. Og hvordan kan vi bestemme disse orbitaler? Meget enkelt, ved hjælp af kvantetal.

Hvad er kvantetal?

Der er 4 kvantetal. Tre af dem giver os information om, hvor en elektron i et bestemt atom er, det vil sige, at de giver os oplysninger om kredsløbet. På den anden side fortæller det fjerde kvantetal os ikke, hvor elektronen er, men hvordan. Er du stadig ikke særlig klar over dette? Gå efter det!

Hovedkvantumtal (n). Det er det sidste energiniveau, der skal udfyldes og angiver størrelsen på kredsløbet og derfor afstanden mellem kernen og elektronen. Hvorfor? Meget let. Jo større kredsløb, jo længere kan elektronen være fra atomkernen.
Azimuthal eller sekundært kvantetal (l). Angiv orbitalens form.
Magnetisk kvantetal (m). Angiver orbitalens retning.
Spin kvantetal (s). Fortæl, hvilken vej elektronen roterer.

Let ikke? Lad os gå med det vigtige!

Hvordan stammer kvantetal

For at få kvantetallene skal du bare følge 2 enkle trin:

Skriv elektronkonfigurationen.
Få kvantetallene fra differentialelektronen (den sidste der fylder kredsløbet).

Elektronisk konfiguration

Vi starter med trin 1, skriver elektronkonfigurationen. Hvordan? Der er to metoder til at gøre det, lad os komme til det!

Møller diagram

Denne teknik angiver rækkefølgen af fyldning af orbitalerne gennem følgende tegning:

Dette diagram er styret af Aufbau -princippet, der forsvarer, at orbitalerne udfylder stigende energiorden, det vil sige, at den orbital, der har mindst energi, vil fylde tidligere.

For at finde ud af hvilken orbital der har mere energi, udføres operationen n + l. Hvis denne operation for to forskellige atomer resulterer i det samme tal, vil den, hvis nummer n er højere, have mere energi. Med andre ord, i tilfælde af uafgjort, udfyldes den med det laveste tal n først. Lad os se det med et eksempel:

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

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

Da der er uafgjort i n + l -reglen, fylder den 4p tidligere, fordi tallet n er lavere.

Kernel Model

For at få den elektroniske konfiguration efter denne model skal du kende det periodiske system meget godt. Hvis vi har atomnummeret og placeringen af elementet i tabellen, er det et stykke kage!

Denne metode betragtes som en forenklet metode, da den tillader ikke at skulle skrive hele elektronkonfigurationen. På denne måde kan vi skrive navnet på ædelgaselementet ovenfor i parentes og derefter stien fra den ædelgas til det pågældende element. Lad os se et eksempel:Således vil vi skrive banen under hensyntagen til periodens nummer (række i det periodiske system) og "zonen", og når den elektroniske konfiguration er skrevet, vil vi udtrække kvantetallene.

Phosphoren (P) skrives fra den tidligere ædelgas, det vil sige Neon:

P -> [Ne] 3s²3p³

Selvfølgelig skal du være forsigtig med denne metode, da zoner d og f er specielle zoner. Når vi foretager rejsen, vil vi i zone d ikke sætte periodens nummer (række), men periodens nummer minus en. Det samme sker med område F, vi vil ikke sætte periodens nummer, men periodens nummer minus to. Du vil forstå det bedre med et par eksempler:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Selvom det er i periode 5, når vi er i zone d, trækker vi 1 fra.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Selvom det er i periode 6, når vi er i zone f, trækker vi 2 fra.

Undtagelser i den elektroniske konfiguration

Elektronkonfigurationen har et par særlige aspekter, der, hvis du ikke er klar over dem, kan føre til store hovedfødere. Men spred ikke panik! Vi vil fortælle dig det!

Zone F

Zone F vises i bunden af det periodiske system, men er faktisk "indlejret" i det hul, vi ser i hvidt, det vil sige mellem det første og andet element i de to sidste rækker i zone D.

Du ser det? Derfor, nogle gange, når vi skal skrive den elektroniske konfiguration af et element i zone F, for eksempel Nd, bliver vi nødt til at sætte en elektron i zone D på det tilsvarende niveau med henvisning til det element i zone D, der er inden indtastning zone F.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Gruppe 6 og gruppe 11

Gruppe 6 og gruppe 11 -overgangsmetaller har henholdsvis 4 og 9 elektroner i deres sidste skaller. For at være et mere stabilt element bliver s orbital derfor ophidset og mister en elektron, som passerer til den næste orbital, d. På denne måde vil s orbital blive efterladt med en elektron; og d med 5, hvis det er et element i gruppe 6 eller med 10, hvis det er et element i gruppe 11.

Her er et eksempel:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Tilsyneladende ville dette være elektronkonfigurationen af sølv (Ag). Imidlertid ser det således ud til at miste en elektron fra s orbital:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Der er dog undtagelser fra denne regel, såsom Tungsten (gruppe 6), som efterlades med 2 elektroner i s orbital og 4 i d orbital.

Men bare rolig! De mest typiske (Cr, Cu, Ag og Au) følger denne regel.

Forstår du? Godt. Det er alt hvad du behøver at vide om elektronkonfiguration. Lad os gå efter kvantetal!

Sådan får du kvantetal

For at få kvantetallene skal vi vide, hvor mange elektroner der passer i hver orbitalskal, under hensyntagen til at 2 elektroner passer i en orbital.

Lag s. Den har kun en kredsløb, så den kan passe til 2 elektroner.

Lag s. Den har 3 orbitaler, så der er plads til 6 elektroner.

Lag d. Den har 5 orbitaler, så den kan passe til 10 elektroner.

Lag f. Den har 7 orbitaler, det vil sige, den rummer 14 elektroner.

Nu hvor du forstår, at der er 2 elektroner i hver kredsløb, bør du kende Hunds regel. Denne regel siger, at når man fylder orbitaler af samme underniveau eller skal, for eksempel p -skallen, fylder elektronerne orbitalen i den ene retning (positiv) og derefter i den anden (negativ). Vil du se det med et eksempel?

Hvis vi har 2p⁴, det vil sige 2p -orbitalen med 4 elektroner, vil ikke fylde sådan her:

Det vil fylde sådan her:

Får du det? Fantastisk, lad os se, hvordan vi beregner tallene:

Kvantetal n. Dette tal falder sammen med nummeret på det sidste niveau i elektronkonfigurationen. For eksempel hvis elektronkonfigurationen ender i 4s², vil hovedkvantumtalet være 4.
Kvantetal l. Dette tal afhænger af det sidste lag, der er fyldt.
Lag s -> l = 0
Lag p -> l = 1
Lag d -> l = 2
Lag f -> l = 3
Kvantetal m. Tallet m kan være en hvilken som helst værdi mellem -l til + l, så det vil afhænge af det underniveau, hvor differentialelektronen er, det vil sige om det er s, p, d eller f. Hvordan man beregner dette tal er lidt mere kompliceret, lad os se det med et par tegninger:
Lag s -> Som vi har set, er l værd 0, så m kan kun være værd 0.
Lag p -> L'et er 1 værd, så m kan være -1, 0 eller 1.

Lag d -> L'et er 2, så m kan være -2, -1, 0, 1 og 2.

Lag f -> l er 3 værd, så m kan være -3, -2, -1, 0, 1, 2 og 3.

Du ved allerede, hvordan orbitalerne fyldes, så kvantetallet m vil have værdien af hullet, hvor den sidste tegnede elektron er. Kan du huske dette eksempel fra før?:

I dette tilfælde vil m være -1, da i p -skallen (3 orbitaler), hvis der er 4 elektroner, vil den sidste, der skal udfyldes, være negativ for den første orbital.

Kvantetal s. Kvantetallet s kan kun være ½ og -½ værd. Hvis den sidste elektron, der er trukket, er positiv, det vil sige, at pilen er oppe, vil s være ½. På den anden side, hvis den sidste elektron til at fylde kredsløbet er negativ, det vil sige med pilen nedad, vil s være -½.

Øvelser og eksempler

Ja, vi ved allerede, at alt dette er mange oplysninger, men du vil forstå det bedre med nogle eksempler. Nu sker det!

Eksempel 1

Selen (Se) -> Atomnummer: 34

Vi skriver elektronkonfigurationen. Vi skriver elektronkonfigurationen i henhold til Moeller -diagrammet under hensyntagen til, at orbitalerne s, p, d og f har henholdsvis 2, 6, 10 og 14 elektroner. Vi skriver konfigurationen ved at tilføje antallet af elektroner, som er skrevet som en eksponent.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Da 4p -kredsløbet ikke fyldes op, da elektronerne ville tilføje op til 36, lægger vi ikke 4p⁶men 4p⁴.

Vi tager kvantetalene ud. For at gøre dette ser vi på valensen eller differentialelektronen, det vil sige den sidste elektron, der har fyldt orbitalen. I dette tilfælde vil vi se på 4p⁴.
- Hovedkvantumtal. Det sidste energiniveau, der skulle udfyldes, var 4.

n = 4