Bilangan kuantum: Apa itu, latihan dan contoh

Menurut model atom Niels Bohr, proton dan neutron suatu atom berada di dalam nukleus, sedangkan elektron berada di sekitarnya. Meskipun kita tidak dapat mengetahui di mana tepatnya elektron berada, ada area di mana elektron paling mungkin ditemukan, yaitu orbital atom. Dan bagaimana kita bisa menentukan orbital tersebut? Sangat sederhana, menggunakan bilangan kuantum.

Apa itu bilangan kuantum?

Ada 4 bilangan kuantum. Tiga dari mereka memberi kita informasi tentang di mana elektron dari atom tertentu, yaitu, mereka memberi kita informasi tentang orbital. Di sisi lain, bilangan kuantum keempat tidak memberi tahu kita di mana letak elektron, tetapi bagaimana caranya. Apakah Anda masih belum begitu jelas tentang ini? Pergi untuk itu!

Bilangan kuantum utama (n). Ini adalah tingkat energi terakhir untuk mengisi dan menunjukkan ukuran orbital dan karena itu jarak antara inti dan elektron. Mengapa? Sangat mudah. Semakin besar orbital, semakin jauh elektron dapat dari inti atom.
Bilangan kuantum azimut atau sekunder (l). Tunjukkan bentuk orbital.
Bilangan kuantum magnetik (M). Menunjukkan orientasi orbital.
Putar bilangan kuantum (S). Sebutkan ke arah mana elektron berputar.

Mudah kan? Mari kita pergi dengan hal yang penting!

Bagaimana bilangan kuantum diturunkan

Untuk mendapatkan bilangan kuantum Anda hanya perlu mengikuti 2 langkah sederhana:

Tuliskan konfigurasi elektronnya.
Dapatkan bilangan kuantum dari elektron diferensial (yang terakhir mengisi orbital).

Konfigurasi elektronik

Kita mulai dengan langkah 1, tulis konfigurasi elektron. Bagaimana? Ada dua cara untuk melakukannya, yuk!

diagram Moeller

Teknik ini menunjukkan urutan pengisian orbital melalui gambar berikut:

Diagram ini diatur oleh prinsip Aufbau, yang berpendapat bahwa orbital diisi dalam urutan energi yang meningkat, yaitu orbital yang memiliki energi paling sedikit akan terisi lebih awal.

Untuk mengetahui orbital mana yang memiliki energi lebih, lakukan operasi n + l. Jika operasi ini untuk dua atom yang berbeda menghasilkan nomor yang sama, atom yang nomor n lebih tinggi akan memiliki lebih banyak energi. Dengan kata lain, jika terjadi seri, yang dengan angka n terendah diisi terlebih dahulu. Mari kita lihat dengan contoh:

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

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

Karena ada seri dalam aturan n + l, ia mengisi 4p lebih awal karena angkanya n lebih rendah.

Model Kernel

Untuk mendapatkan konfigurasi elektron mengikuti model ini Anda harus mengetahui tabel periodik dengan baik. Jika kita memiliki nomor atom dan posisi elemen dalam tabel, itu adalah sepotong kue!

Metode ini dianggap sebagai metode yang disederhanakan karena memungkinkan tidak harus menulis konfigurasi elektron lengkap. Dengan cara ini, kita dapat menuliskan nama unsur gas mulia di atas dalam tanda kurung, dan kemudian jalur dari gas mulia tersebut ke unsur yang dimaksud. Mari kita lihat contohnya:Jadi, kami akan menulis lintasan dengan mempertimbangkan jumlah periode (baris tabel periodik) dan "zona" dan, setelah konfigurasi elektronik ditulis, kami akan mengekstrak bilangan kuantum.

Fosfor (P) akan ditulis dari gas mulia sebelumnya, yaitu Neon:

P -> [Ne] 3 detik²3p³

Tentu saja, Anda harus berhati-hati dengan metode ini, karena zona d dan f adalah zona khusus. Saat kita melakukan perjalanan, di zona d kita tidak akan memasukkan jumlah periode (baris), tetapi jumlah periode dikurangi satu. Hal yang sama terjadi pada area F, kita tidak akan memasukkan jumlah periode, tetapi jumlah periode dikurangi dua. Anda akan lebih memahaminya dengan beberapa contoh:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Meskipun dalam periode 5, ketika kita berada di zona d, kita kurangi 1.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Meskipun dalam periode 6, ketika kita berada di zona f, kita kurangi 2.

Pengecualian dalam konfigurasi elektronik

Konfigurasi elektron memiliki beberapa aspek khusus yang, jika Anda tidak menyadarinya, dapat menyebabkan Anda memiliki head feeder yang besar. Tapi jangan menyebarkan kepanikan! Kami akan memberitahu Anda!

Zona F

Zona F muncul di bagian bawah tabel periodik, tetapi sebenarnya "tertanam" di celah yang kita lihat dalam warna putih, yaitu antara elemen pertama dan kedua dari dua baris terakhir zona D.

Anda melihatnya? Untuk alasan ini, kadang-kadang, ketika kita harus menulis konfigurasi elektronik suatu unsur di zona F, misalnya, Nd, kita harus meletakkan elektron di zona D dengan tingkat yang sesuai dengan referensi ke elemen di zona D yaitu sebelum memasuki zona F.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Grup 6 dan Grup 11

Logam transisi golongan 6 dan golongan 11 masing-masing memiliki 4 dan 9 elektron pada kulit terakhirnya. Oleh karena itu, untuk menjadi unsur yang lebih stabil, orbital s menjadi tereksitasi dan kehilangan elektron, yang lolos ke orbital berikutnya, d. Dengan cara ini, orbital s akan ditinggalkan dengan elektron; dan d dengan 5, jika merupakan unsur golongan 6, atau dengan 10, jika merupakan unsur golongan 11.

Berikut ini contohnya:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Rupanya, ini akan menjadi konfigurasi elektron perak (Ag). Namun, ketika kehilangan elektron dari orbital s, terlihat seperti ini:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Namun, ada pengecualian untuk aturan ini, seperti Tungsten (golongan 6), yang tersisa dengan 2 elektron di orbital s dan 4 di orbital d.

Tapi jangan khawatir, yang paling umum (Cr, Cu, Ag dan Au) mengikuti aturan ini.

Apa kau mengerti? Sehat. Itu saja yang perlu Anda ketahui tentang konfigurasi elektron. Mari kita pergi untuk bilangan kuantum!

Cara mendapatkan bilangan kuantum

Untuk mendapatkan bilangan kuantum, kita harus tahu berapa banyak elektron yang muat di setiap kulit orbital, dengan mempertimbangkan bahwa 2 elektron muat dalam satu orbital.

Lapisan s. Ia hanya memiliki satu orbital, sehingga dapat memuat 2 elektron.

Lapisan p. Ini memiliki 3 orbital, jadi ada ruang untuk 6 elektron.

lapisan d. Memiliki 5 orbital, sehingga dapat memuat 10 elektron.

Lapisan f. Ia memiliki 7 orbital, yaitu, ia menampung 14 elektron.

Sekarang setelah Anda memahami bahwa ada 2 elektron di setiap orbital, Anda harus mengetahui aturan Hund. Aturan ini mengatakan bahwa ketika mengisi orbital dari sublevel atau kulit yang sama, misalnya, kulit p, elektron mengisi orbital dalam satu arah (positif) dan kemudian ke arah lain (negatif). Apakah Anda ingin melihatnya dengan contoh?

Jika kita memiliki 2p⁴, yaitu, orbital 2p dengan 4 elektron, tidak akan terisi seperti ini:

Ini akan mengisi seperti ini:

Apakah Anda mendapatkannya? Hebat, mari kita lihat cara menghitung angka:

bilangan kuantum n. Jumlah ini bertepatan dengan jumlah tingkat terakhir dari konfigurasi elektron. Misalnya, jika konfigurasi elektron berakhir dengan 4s², bilangan kuantum utama adalah 4.
bilangan kuantum l. Jumlah ini tergantung pada lapisan terakhir yang telah diisi.
Lapisan s -> l = 0
Lapisan p -> l = 1
Lapisan d -> l = 2
Lapisan f -> l = 3
bilangan kuantum m. Bilangan m dapat berupa nilai apa saja antara -l sampai + l, sehingga akan tergantung pada sublevel di mana elektron diferensial berada, yaitu apakah itu s, p, d atau f. Cara menghitung angka ini sedikit lebih rumit, mari kita lihat dengan beberapa gambar:
Layer s -> Seperti yang telah kita lihat, l bernilai 0, jadi m hanya bernilai 0.
Layer p -> l bernilai 1, jadi m bisa menjadi -1, 0 atau 1.

Layer d -> l adalah 2, jadi m bisa menjadi -2, -1, 0, 1 dan 2.

Layer f -> Nilai l adalah 3, jadi m bisa menjadi -3, -2, -1, 0, 1, 2 dan 3.

Anda sudah tahu bagaimana orbital diisi, sehingga bilangan kuantum m akan memiliki nilai lubang tempat elektron terakhir ditarik. Apakah Anda ingat contoh ini sebelumnya?:

Dalam hal ini, m akan menjadi -1, karena di kulit p (3 orbital), jika ada 4 elektron, elektron terakhir yang terisi akan menjadi negatif dari orbital pertama.

bilangan kuantum s. Bilangan kuantum s hanya dapat bernilai dan -½. Jika elektron terakhir yang ditarik adalah positif, yaitu panah ke atas, s akan menjadi . Sebaliknya, jika elektron terakhir yang mengisi orbital negatif, yaitu dengan panah mengarah ke bawah, s akan menjadi -½.

Latihan dan contoh

Ya, kami sudah tahu bahwa semua ini adalah banyak informasi, tetapi Anda akan lebih memahaminya dengan beberapa contoh. Ini dia!

Contoh 1

Selenium (Se) -> Nomor atom: 34

Kami menulis konfigurasi elektron. Kami menulis konfigurasi elektron menurut diagram Moeller, dengan mempertimbangkan bahwa orbital s, p, d dan f masing-masing memiliki 2, 6, 10 dan 14 elektron. Kami menulis konfigurasi dengan menambahkan jumlah elektron, yang ditulis sebagai eksponen.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Karena orbital 4p tidak terisi, karena elektron akan berjumlah 36, kita tidak menempatkan 4p⁶tapi 4p⁴.

Kami mengambil nomor kuantum. Untuk melakukan ini, kita melihat elektron valensi atau diferensial, yaitu elektron terakhir yang mengisi orbital. Dalam hal ini, kita akan melihat 4p⁴.
- Bilangan kuantum utama. Tingkat energi terakhir yang harus diisi adalah 4.

n = 4