Kvantarvud

Niels Bohri aatomimudeli järgi on aatomi prootonid ja neutronid tuumas, elektronid aga selle ümber. Kuigi me ei saa teada, kus elektron täpselt asub, on piirkondi, kus seda kõige tõenäolisemalt leidub, aatomi orbitaale. Ja kuidas me saame need orbitaalid kindlaks teha? Väga lihtne, kasutades kvantnumbreid.

kvantarvud

Mis on kvantarvud?

Seal on 4 kvantnumbrit. Kolm neist annavad meile teavet selle kohta, kus asub teatud aatomi elektron, st nad annavad meile teavet orbitaali kohta. Teisest küljest ei ütle neljas kvantarv meile, kus elektron asub, vaid kuidas. Kas sa pole ikka veel selles küsimuses väga selge? Tee seda!

  • Peamine kvantarv (n). See on viimane energiatase, mis tuleb täita ja näitab orbitaali suurust ning seega ka kaugust tuuma ja elektroni vahel. Miks? Väga lihtne. Mida suurem on orbitaal, seda kaugemal võib elektron olla aatomi tuumast.
  • Asimutaalne või sekundaarne kvantarv (l). Märkige orbitaali kuju.
  • Magnetiline kvantarv (m). Näitab orbitaali suunda.
  • Spin -kvantarv (s). Ütle, mis suunas elektron pöörleb.

Lihtne eks? Läheme olulise asja juurde!

Kuidas tuletatakse kvantarvud?

Kvantarvude saamiseks peate lihtsalt järgima kahte lihtsat sammu:

  1. Kirjutage elektronide konfiguratsioon.
  2. Hankige kvantarvud diferentsiaal -elektronilt (viimane, mis täidab orbitaali).

Elektrooniline konfiguratsioon

Alustame 1. sammuga, kirjutage elektronide konfiguratsioon. Kuidas? Selleks on kaks meetodit, asume asja juurde!

Moelleri diagramm

See tehnika näitab orbitaalide täitmise järjekorda järgmise joonise abil:

moelleri skeem

Seda diagrammi juhib Aufbau põhimõte, mis kaitseb, et orbitaalid täidaksid järjest suurenevat energiajärjestust, see tähendab, et orbitaal, millel on kõige vähem energiat, täitub varem.

Et teada saada, millisel orbitaalil on rohkem energiat, tehakse operatsioon n + l. Kui selle kahe erineva aatomi toimingu tulemuseks on sama arv, on sellel, mille arv n on suurem, rohkem energiat. Teisisõnu, võrdse võrdsuse korral täidetakse kõigepealt see, kellel on madalaim arv n. Vaatame seda näitega:

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

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

Kuna n + l reeglis on võrdne, täidab see 4p varem, kuna selle number n on väiksem.

Kerneli mudel

Selle mudeli järgi elektroonilise konfiguratsiooni saamiseks peate periooditabelit väga hästi tundma. Kui meil on tabelis elemendi aatomnumber ja asukoht, on see kook!

kerneli mudel

Seda meetodit peetakse lihtsustatud meetodiks, kuna see ei võimalda elektronide täielikku konfiguratsiooni kirjutada. Sel viisil saame sulgudesse kirjutada ülalpool oleva väärisgaasi elemendi nime ja seejärel tee sellest väärisgaasist kõnealuse elemendini. Vaatame näidet:Seega kirjutame trajektoori, võttes arvesse perioodi arvu (perioodilise tabeli rida) ja "tsooni" ning kui elektrooniline konfiguratsioon on kirjutatud, eraldame kvantarvud.

Fosfor (P) kirjutatakse eelmisest väärisgaasist, see tähendab neoonist:

P -> [Ne] 3s23p3

Loomulikult peate selle meetodiga olema ettevaatlik, kuna tsoonid d ja f on spetsiaalsed tsoonid. Teekonda tehes ei pane me tsooni d perioodi (rida) numbrit, vaid perioodi arvu miinus üks. Sama juhtub alaga F, me ei pane perioodi numbrit, vaid perioodi arvu miinus kaks. Mõistate seda paremini paari näite abil:

Nb -> [Kr] 5s14d4

Kuigi see on perioodil 5, lahutame tsoonis d olles 1.

Nd -> [Xe] 6s24f14

Kuigi see on perioodil 6, lahutame me tsoonis f 2.

Erandid elektroonilises konfiguratsioonis

Elektronikonfiguratsioonil on paar erilist aspekti, mis, kui te pole neist teadlik, võivad põhjustada suuri peasöötjaid. Kuid ärge levitage paanikat! Me ütleme teile!

Tsoon F

Tsoon F kuvatakse perioodilise tabeli allservas, kuid on tegelikult "sisse lülitatud" tühimikku, mida näeme valgena, see tähendab D -tsooni kahe viimase rea esimese ja teise elemendi vahel.

tsoon f

Sa näed seda? Seetõttu peame mõnikord, kui peame kirjutama tsooni F (nt Nd) elemendi elektroonilise konfiguratsiooni, panema elektroni vastava taseme tsooni D, viidates sellele elemendile tsoonis D, mis asub enne sisenemist tsoon F.

Ce -> [Xe] 6s25d14f1

Rühm 6 ja rühm 11

Rühma 6 ja rühma 11 siirdemetallide viimases kestas on vastavalt 4 ja 9 elektroni. Seetõttu, et olla stabiilsem element, muutub orbitaal põnevaks ja kaotab elektroni, mis läheb järgmisele orbitaalile d. Sel viisil jääb s orbitaal elektroni juurde; ja d 5 -ga, kui see on rühma 6 element, või 10 -ga, kui see on rühma 11 element.

Siin on näide:

Ag -> [Kr] 5s24d9

Ilmselt oleks see hõbeda (Ag) elektronkonfiguratsioon. Kuid elektroni kaotamine orbiidilt näeb välja selline:

Ag -> [Kr] 5s14d10

Sellest reeglist on siiski erandeid, näiteks volfram (rühm 6), mille s -orbitaalis on 2 ja d -orbitaalis 4 elektroni.

Kuid ärge muretsege! Kõige tüüpilisemad (Cr, Cu, Ag ja Au) järgivad seda reeglit.

Kas saad aru? Noh. See on kõik, mida peate elektronide konfigureerimise kohta teadma. Lähme kvantarvude juurde!

Kuidas saada kvantarvud

Kvantarvude saamiseks peame teadma, mitu elektroni igasse orbitaalkesta mahub, võttes arvesse, et orbiidile mahub 2 elektroni.

  • Kihid. Sellel on ainult üks orbitaal, nii et see mahutab 2 elektroni.

neem s

  • Kiht lk. Sellel on 3 orbitaali, seega on ruumi 6 elektronile.

kiht lk

  • Kiht d. Sellel on 5 orbitaali, nii et see mahutab 10 elektroni.

kiht d

  • Kiht f. Sellel on 7 orbitaali, see tähendab, et see mahutab 14 elektroni.

kiht f

Nüüd, kui saate aru, et igal orbitaalil on 2 elektroni, peaksite teadma Hundi reeglit. See reegel ütleb, et sama alamtaseme või kesta, näiteks p -kesta orbitaalide täitmisel täidavad elektronid orbitaali ühes suunas (positiivne) ja seejärel teises (negatiivne). Kas soovite seda näitega näha?

Kui meil on 2p4, see tähendab, et 2p orbitaal 4 elektroniga ei täitu nii:

näited kvantarvudest 1

See täidetakse järgmiselt:

näited kvantarvudest 2

Kas saate aru? Suurepärane, vaatame, kuidas numbreid arvutada:

  • Kvantarv n. See arv langeb kokku elektronide konfiguratsiooni viimase taseme numbriga. Näiteks kui elektronide konfiguratsioon lõpeb 4 sekundiga2, peamine kvantarv on 4.
  • Kvantarv l. See arv sõltub viimasest täidetud kihist.
  • Kiht s -> l = 0
  • Kiht p -> l = 1
  • Kiht d -> l = 2
  • Kiht f -> l = 3
  • Kvantarv m. Arv m võib olla mis tahes väärtus vahemikus -l kuni + l, seega sõltub see alamastmest, milles diferentsiaal -elektron asub, st sellest, kas see on s, p, d või f. Selle arvu arvutamine on natuke keerulisem, vaatame seda paari joonisega:
  • Kiht s -> Nagu nägime, on l väärt 0, seega võib m olla ainult 0.
  • Kiht p -> l on väärt 1, seega võib m olla -1, 0 või 1.

näited kvantarvudest 3

  • Kiht d -> L on 2, seega võib m olla -2, -1, 0, 1 ja 2.

näited kvantarvudest 4

  • Kiht f -> l on väärt 3, seega võib m olla -3, -2, -1, 0, 1, 2 ja 3.

näited kvantarvudest 5

Te juba teate, kuidas orbitaalid täidetakse, nii et kvantarvul m on selle augu väärtus, kus on viimati tõmmatud elektron. Kas mäletate seda näidet varasemast?:

näited kvantarvudest 6

Sel juhul on m -1, kuna p -kestas (3 orbitaali), kui on 4 elektroni, oleks viimane täidetav esimese orbitaali negatiivne.

  • Kvantarv s. Kvantarv s võib olla väärt ainult ½ ja -½. Kui viimane joonistatud elektron on positiivne, st nool on ülespoole, on s ½. Teisest küljest, kui viimane elektron, mis orbitaali täidab, on negatiivne, st kui nool on suunatud alla, on s -½.

Harjutused ja näited

Jah, me juba teame, et see kõik on palju teavet, kuid mõne näitega saate sellest paremini aru. Siin me läheme!

Näide 1

Seleen (Se) -> Aatomnumber: 34

  1. Kirjutame elektronide konfiguratsiooni. Kirjutame elektronkonfiguratsiooni vastavalt Moelleri skeemile, võttes arvesse, et orbitaalidel s, p, d ja f on vastavalt 2, 6, 10 ja 14 elektroni. Kirjutame konfiguratsiooni, lisades elektronide arvu, mis on kirjutatud eksponendina.

1s22s22p63s23p64s23d104p4

Kuna 4p orbitaal ei täitu, kuna elektronid annaksid kokku 36, ei pane me 4p6aga 4p4.

  1. Võtame kvantarvud välja. Selleks vaatame valentsi- või diferentsiaal -elektroni, see tähendab viimast elektroni, mis on orbitaali täitnud. Sel juhul vaatame 4p4.
    • Peamine kvantarv. Viimati täidetud energiatase oli 4.

n = 4

  • Sekundaarne kvantarv. Viimane energia alamtase, mida täita, oli p orbitaal.

l = 1

  • Magnetiline kvantarv. Kui joonistame elektronid, täidetakse viimasena p -kesta esimene orbitaal.

näited kvantarvudest 7

m = -1

  • Pööra kvantarv. Viimasel elektronil, mis p -orbitaali hõivab, on allanool.

s = -½

Näide 2

Kuld (Au) -> [Xe] 6s14f145d10

  • Peamine kvantarv -> n = 5
  • Sekundaarne kvantarv -> l = 2
  • Magnetiline kvantarv -> m = 2
  • Spin -kvantarv -> s = -½

Ja see on kõik! Nüüd on teie kord, kas saaksite elektronide konfiguratsiooni teha ja saada järgmiste elementide kvantarvud?:

Cr(24), Rb(37), Br(35), Lu(71), Au(79)

Jäta kommentaar