Kvanttiluvut

Niels Bohrin atomimallin mukaan atomin protonit ja neutronit ovat ytimessä, kun taas elektronit ovat sen ympärillä. Vaikka emme voi tietää, missä elektroni tarkalleen on, on alueita, joilla se todennäköisimmin löytyy, atomiradat. Ja miten voimme määrittää nämä orbitaalit? Hyvin yksinkertaista kvanttilukujen avulla.

Mitkä ovat kvanttiluvut?

Kvanttilukuja on 4. Kolme heistä antaa meille tietoa siitä, missä tietyn atomin elektroni sijaitsee, eli ne antavat meille tietoa kiertoradasta. Toisaalta neljäs kvanttiluku ei kerro meille, missä elektroni on, vaan miten. Etkö ole vieläkään kovin selkeä tästä asiasta? Anna palaa!

• Pää kvanttiluku (n). Se on viimeinen energiataso, joka täytetään, ja se osoittaa kiertoradan koon ja siten etäisyyden ytimen ja elektronin välillä. Miksi? Erittäin helppoa. Mitä suurempi kiertorata, sitä kauemmas elektroni voi olla atomin ytimestä.
• Atsimuutti- tai toissijainen kvanttiluku (l). Ilmoita kiertoradan muoto.
• Magneettinen kvanttiluku (m). Osoittaa kiertoradan suunnan.
• Pyöritä kvanttiluku (s). Kerro mihin suuntaan elektroni pyörii.

Helppo eikö? Mennään tärkeän asian kanssa!

Kuinka kvanttiluvut johdetaan

Kvanttilukujen saamiseksi sinun on vain noudatettava 2 yksinkertaista vaihetta:

1. Kirjoita elektronikonfiguraatio.
2. Hanki kvanttiluvut differentiaalielektronista (viimeinen, joka täyttää kiertoradan).

Elektroninen kokoonpano

Aloitamme vaiheesta 1, kirjoitamme elektronikonfiguraation. Miten? On kaksi tapaa tehdä se, päästään siihen!

Moeller -kaavio

Tämä tekniikka osoittaa orbitaalien täyttymisjärjestyksen seuraavan piirustuksen avulla:

Tätä kaaviota ohjaa Aufbau -periaate, joka puolustaa sitä, että orbitaalit täyttyvät kasvavassa energiajärjestyksessä, eli kiertorata, jolla on vähiten energiaa, täyttyy aikaisemmin.

Selvittää, millä kiertoradalla on enemmän energiaa, suoritetaan operaatio n + l. Jos tämä toimenpide kahdelle eri atomille johtaa samaan lukuun, sillä, jonka numero n on suurempi, on enemmän energiaa. Toisin sanoen tasatilanteessa täytetään ensin se, jolla on pienin numero n. Katsotaanpa sitä esimerkin avulla:

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

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

Koska n + l -sääntössä on tasapeli, se täyttää 4p aikaisemmin, koska sen numero n on pienempi.

Ytimen malli

Jotta saat tämän mallin mukaisen sähköisen kokoonpanon, sinun on tunnettava jaksollinen taulukko hyvin. Jos meillä on taulukossa elementin atominumero ja sijainti, se on kakku!

Tätä menetelmää pidetään yksinkertaistettuna, koska sen avulla ei tarvitse kirjoittaa koko elektronikonfiguraatiota. Tällä tavalla voimme kirjoittaa hakasulkeisiin edellä olevan jalokaasuelementin nimen ja sitten polun jalosta kaasusta kyseiseen elementtiin. Katsotaanpa esimerkkiä:Täten kirjoitamme liikeradan ottaen huomioon jakson numeron (jaksollisen taulukon rivi) ja "vyöhykkeen", ja kun elektroninen kokoonpano on kirjoitettu, otamme kvanttiluvut.

Fosfori (P) kirjoitetaan edellisestä jalokaasusta eli neonista:

P -> [Ne] 3s²3p³

Tietenkin sinun on oltava varovainen tämän menetelmän kanssa, koska vyöhykkeet d ja f ovat erityisiä vyöhykkeitä. Matkaa tehdessämme vyöhykkeeseen d emme laita kauden (rivin) numeroa, vaan jakson numero miinus yksi. Sama tapahtuu alueen F kanssa, emme laita kauden numeroa, vaan jakson numero miinus kaksi. Ymmärrät sen paremmin muutamalla esimerkillä:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Vaikka olemme kaudella 5, kun olemme vyöhykkeellä d, vähennämme 1.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Vaikka olemme kaudella 6, kun olemme alueella f, vähennämme 2.

Poikkeuksia sähköisessä kokoonpanossa

Elektronikonfiguraatiossa on pari erityisnäkökohtaa, jotka voivat aiheuttaa suuria päänsyöttölaitteita, jos et ole niistä tietoinen. Mutta älä levitä paniikkia! Kerromme sinulle!

Alue F

Vyöhyke F näkyy jaksollisen taulukon alareunassa, mutta on itse asiassa "upotettu" valkoiseen aukkoon, eli vyöhykkeen D kahden viimeisen rivin ensimmäisen ja toisen elementin väliin.

Näet sen? Tästä syystä joskus, kun meidän on kirjoitettava elementin sähköinen kokoonpano vyöhykkeellä F, esimerkiksi Nd, joudumme asettamaan elektronin vastaavan tason vyöhykkeeseen D viittaamalla siihen vyöhykkeen D elementtiin. ennen vyöhykkeelle F saapumista.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Ryhmä 6 ja ryhmä 11

Ryhmän 6 ja ryhmän 11 ​​siirtymämetallien viimeisissä kuorissa on 4 ja 9 elektronia. Siksi ollakseen vakaampi elementti s -kiertorata kiihtyy ja menettää elektronin, joka siirtyy seuraavalle kiertoradalle d. Tällä tavoin kiertoradalle jää elektroni; ja d 5: llä, jos se on ryhmän 6 elementti, tai 10: llä, jos se on ryhmän 11 ​​elementti.

Tässä on esimerkki:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Ilmeisesti tämä olisi hopean (Ag) elektronikonfiguraatio. Kuitenkin elektronin menettäminen kiertoradalta näyttää tältä:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Tästä säännöstä on kuitenkin poikkeuksia, kuten volframi (ryhmä 6), joka on jättänyt 2 elektronia kiertoradalle ja 4 d -kiertoradalle.

Mutta älä huoli! Tyypillisimmät (Cr, Cu, Ag ja Au) noudattavat tätä sääntöä.

Ymmärrätkö? Hyvin. Se on kaikki mitä sinun tarvitsee tietää elektronikonfiguraatiosta. Mennään kvanttilukuihin!

Kuinka saada kvanttiluvut

Kvanttilukujen saamiseksi meidän on tiedettävä, kuinka monta elektronia mahtuu kuhunkin kiertoradan kuoreen ottaen huomioon, että 2 elektronia mahtuu kiertoradalle.

• Taso s. Siinä on vain yksi kiertorata, joten siihen mahtuu 2 elektronia.

• Taso s. Siinä on 3 orbitaalia, joten tilaa on 6 elektronille.

• Kerros d. Siinä on 5 orbitaalia, joten siihen mahtuu 10 elektronia.

• Kerros f. Siinä on 7 orbitaalia, eli se voi pitää 14 elektronia.

Nyt kun ymmärrät, että jokaisella kiertoradalla on 2 elektronia, sinun pitäisi tietää Hundin sääntö. Tämä sääntö sanoo, että kun täytetään saman alatason tai kuoren orbitaaleja, esimerkiksi p -kuori, elektronit täyttävät kiertoradan yhteen suuntaan (positiivinen) ja sitten toiseen suuntaan (negatiivinen). Haluatko nähdä sen esimerkin avulla?

Jos meillä on 2p⁴eli 2p -kiertorata, jossa on 4 elektronia, ei täyty näin:

Se täyttyy näin:

Saatko sen? Hienoa, katsotaan kuinka lasketaan luvut:

• Kvanttiluku n. Tämä luku on sama kuin elektronikonfiguraation viimeisen tason numero. Esimerkiksi, jos elektronikonfiguraatio päättyy 4 sekunnissa², pääkvanttiluku on 4.
• Kvanttiluku l. Tämä määrä riippuu viimeksi täytetystä kerroksesta.
• Kerros s -> l = 0
• Kerros p -> l = 1
• Kerros d -> l = 2
• Kerros f -> l = 3
• Kvanttiluku m. Luku m voi olla mikä tahansa arvo välillä -l - + l, joten se riippuu alatasosta, jossa differentiaalielektroni on, eli siitä, onko se s, p, d vai f. Tämän luvun laskeminen on hieman monimutkaisempaa, katsotaanpa sitä pari piirustusta:
• Kerros s -> Kuten olemme nähneet, l on arvo 0, joten m voi olla vain 0.
• Taso p -> l on 1 arvo, joten m voi olla -1, 0 tai 1.

• Taso d -> l on 2, joten m voi olla -2, -1, 0, 1 ja 2.

• Kerros f -> l on arvoltaan 3, joten m voi olla -3, -2, -1, 0, 1, 2 ja 3.

Tiedät jo, miten orbitaalit täytetään, joten kvanttiluvulla m on sen reiän arvo, jossa viimeksi piirretty elektroni on. Muistatko tämän esimerkin aiemmalta ajalta:

Tässä tapauksessa m on -1, koska p -kuorissa (3 orbitaalia), jos elektronia on 4, viimeinen täytettävä olisi ensimmäisen kiertoradan negatiivinen.

• Kvanttiluku s. Kvanttiluku s voi olla vain ½ ja -½ arvoinen. Jos viimeinen vedetty elektroni on positiivinen eli nuoli on ylöspäin, s on ½. Toisaalta, jos viimeinen kiertoradan täyttänyt elektroni on negatiivinen eli nuoli osoittaa alaspäin, s on -½.

Harjoituksia ja esimerkkejä

Kyllä, tiedämme jo, että kaikki tämä on paljon tietoa, mutta ymmärrät sen paremmin muutamalla esimerkillä. Nyt sitä mennään!

1-esimerkki

Seleeni (Se) -> Atominumero: 34

1. Kirjoitamme elektronikonfiguraation. Kirjoitamme elektronikonfiguraatiota Moeller -kaavion mukaisesti ottaen huomioon, että orbitaaleilla s, p, d ja f on 2, 6, 10 ja 14 elektronia. Kirjoitamme kokoonpanoa lisäämällä elektronien lukumäärän, joka kirjoitetaan eksponentiksi.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Koska 4p -kiertorata ei täyty, koska elektronit lisäävät 36, emme laita 4p: tä⁶mutta 4p⁴.

2. Otamme kvanttiluvut pois. Tätä varten tarkastelemme valenssia tai differentiaalielektronia, toisin sanoen viimeistä elektronia, joka on täyttänyt kiertoradan. Tässä tapauksessa katsomme 4p: tä⁴.
   • Pää kvanttiluku. Viimeksi täytetty energiataso oli 4.

n = 4

• Toissijainen kvanttiluku. Viimeinen täytetty energian alataso oli p -kiertorata.

l = 1

• Magneettinen kvanttiluku. Jos piirrämme elektroneja, viimeisenä täytettävä on p -kuoren ensimmäinen kiertorata.

m = -1

• Pyöritä kvanttiluku. Viimeisenä p -kiertoradan miehittäneellä elektronilla on alanuoli.

s = -½

2-esimerkki

Kulta (Au) -> [Xe] 6s¹4f¹⁴5d¹⁰

• Pää kvanttiluku -> n = 5
• Toissijainen kvanttiluku -> l = 2
• Magneettinen kvanttiluku -> m = 2
• Pyöritä kvanttiluku -> s = -½

Ja siinä kaikki! Nyt on sinun vuorosi, voisitko tehdä elektronikonfiguraation ja saada seuraavien elementtien kvanttiluvut?:

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