量子数

ニールス・ボーアの原子モデルによれば、原子の陽子と中性子は原子核の中にあり、電子はその周りにあります。 電子がどこにあるかを正確に知ることはできませんが、電子が見つかる可能性が最も高い領域である原子軌道があります。 そして、どうすればそれらの軌道を決定できますか? 非常に単純で、量子数を使用します。

量子数

量子数とは何ですか?

4つの量子数があります。 そのうちのXNUMXつは、特定の原子の電子がどこにあるかについての情報を提供します。つまり、軌道についての情報を提供します。 一方、XNUMX番目の量子数は、電子がどこにあるかではなく、どのようにあるかを示します。 あなたはまだこれについてあまり明確ではありませんか? 頑張れ!

  • 主量子数 (NS)。 これは、満たす最後のエネルギーレベルであり、軌道のサイズ、したがって原子核と電子の間の距離を示します。 どうして? 非常に簡単。 軌道が大きいほど、電子は原子核から遠くなる可能性があります。
  • 方位角または二次量子数 (l)。 軌道の形を示してください。
  • 磁気量子数 (NS)。 軌道の方向を示します。
  • スピン量子数 (NS)。 電子がどちらの方向に回転するかを教えてください。

簡単ですよね? 大切なことで行こう!

量子数はどのように導き出されますか

量子数を取得するには、2つの簡単な手順に従う必要があります。

  1. 電子配置を記述します。
  2. 微分電子(軌道を満たす最後の電子)から量子数を取得します。

電子配置

ステップ1から始めて、電子配置を記述します。 どのように? それを行うにはXNUMXつの方法があります、それを手に入れましょう!

Moeller図

この手法は、次の図を通じて軌道を埋める順序を示しています。

モラー図

この図は、軌道がエネルギーの昇順で満たされること、つまり、エネルギーが最も少ない軌道がより早く満たされることを擁護する構造原理によって支配されています。

どの軌道がより多くのエネルギーを持っているかを見つけるために、操作n + lが実行されます。 XNUMXつの異なる原子に対するこの操作の結果が同じ数になる場合、数nが大きい方がより多くのエネルギーを持ちます。 つまり、同点の場合、nが最も小さいものが最初に埋められます。 例を挙げて見てみましょう。

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

5秒:n + l-> 5 + 0 = 5

n + lルールには同点があるため、その数nが小さいため、4pを早く埋めます。

カーネルモデル

このモデルに従った電子配置を取得するには、周期表をよく知っている必要があります。 テーブル内の元素の原子番号と位置がわかれば、それは簡単なことです。

カーネルモデル

この方法は、完全な電子配置を記述する必要がないため、簡略化された方法と見なされます。 このようにして、上記の希ガス元素の名前を括弧で囲み、次にその希ガスから問題の元素までの経路を書くことができます。 例を見てみましょう:したがって、周期数(周​​期表の行)と「ゾーン」を考慮して軌道を記述し、電子配置を記述したら、量子数を抽出します。

リン光物質(P)は、前の希ガス、つまりネオンから書き込まれます。

P-> [Ne] 3s23p3

もちろん、ゾーンdとfは特別なゾーンであるため、この方法には注意する必要があります。 旅をするとき、ゾーンdには、期間(行)の数ではなく、期間の数からXNUMXを引いた数を入れます。 ゾーンFでも同じことが起こります。期間の数ではなく、期間の数からXNUMXを引いた数を入力します。 あなたはいくつかの例でそれをよりよく理解するでしょう:

Nb-> [Kr] 5s14d4

期間5ですが、ゾーンdにいるときは、1を引きます。

Nd-> [Xe] 6s24f14

期間6ですが、ゾーンfにいるときは、2を引きます。

電子配置の例外

電子セットアップにはいくつかの特別なものがあり、それらについて知らない場合は、大きなヘッドフィーダーを提供できます。 しかし、パニックを広めないでください! 教えてあげます!

ゾーンF

ゾーンFは周期表の下部に表示されますが、実際には白で表示されるギャップ、つまりゾーンDの最後のXNUMX行の最初の要素とXNUMX番目の要素の間に「埋め込まれています」。

ゾーンf

分かりますか? このため、ゾーンFの要素の電子配置(たとえばNd)を書き込む必要がある場合、ゾーンDの要素を参照して、対応するレベルのゾーンDに電子を配置する必要があります。ゾーンFに入る前。

Ce-> [Xe] 6s25d14f1

グループ6およびグループ11

グループ6とグループ11の遷移金属は、最後のシェルにそれぞれ4個と9個の電子を持っています。 したがって、より安定した元素であるために、s軌道は励起されて電子を失い、次の軌道であるdに渡されます。 このようにして、s軌道には電子が残ります。 dは、グループ5の要素の場合は6、グループ10の要素の場合は11です。

次に例を示します。

Ag-> [Kr] 5s24d9

どうやら、これは銀(Ag)の電子配置でしょう。 ただし、s軌道から電子を失うと、次のようになります。

Ag-> [Kr] 5s14d10

ただし、この規則には例外があります。たとえば、タングステン(グループ6)は、s軌道に2つの電子、d軌道に4つの電子が残っています。

しかし、心配しないでください!最も一般的なもの(Cr、Cu、Ag、Au)はこのルールに従います。

わかりますか? 良い。 電子配置について知っておく必要があるのはこれだけです。 量子数に行こう!

量子数を取得する方法

量子数を得るには、2つの電子が軌道に収まるということを考慮して、各軌道シェルにいくつの電子が収まるかを知る必要があります。

  • レイヤー。 軌道は2つしかないため、XNUMXつの電子を収めることができます。

キャパ

  • レイヤーp。 3つの軌道があるので、6つの電子のための余地があります。

レイヤーp

  • レイヤーd。 5つの軌道を持っているので、10個の電子を保持できます。

レイヤーd

  • レイヤーf。 7つの軌道を持っています。つまり、14個の電子を保持しています。

レイヤーf

各軌道に2つの電子があることを理解したので、フントの法則を知っておく必要があります。 この規則は、同じサブレベルまたはシェル、たとえばpシェルの軌道を埋めるとき、電子は一方の方向(正)に、次にもう一方の方向(負)に軌道を埋めることを示しています。 例を挙げて見たいですか?

2pがある場合4つまり、2つの電子を持つ4p軌道は、次のようには満たされません。

量子数の例1

次のように入力されます。

量子数の例2

あなたは分かっていますか? すばらしい!数値の計算方法を見てみましょう。

  • 量子数n。 この数は、電子配置の最後のレベルの数と一致します。 たとえば、電子配置が4秒で終了する場合2、主量子数は4になります。
  • 量子数l。 この数は、最後に塗りつぶされたレイヤーによって異なります。
  • レイヤーs-> l = 0
  • レイヤーp-> l = 1
  • レイヤーd-> l = 2
  • レイヤーf-> l = 3
  • 量子数m。 数mは、-lから+ lまでの任意の値にすることができるため、微分電子が存在するサブレベル、つまり、s、p、d、またはfのいずれであるかによって異なります。 この数を計算する方法はもう少し複雑です。いくつかの図で見てみましょう。
  • レイヤーs->これまで見てきたように、lは0の価値があるので、mは0の価値しかありません。
  • レイヤーp-> lは1の価値があるため、mは-1、0、または1にすることができます。

量子数の例3

  • レイヤーd-> lは2であるため、mは-2、-1、0、1、および2になります。

量子数の例4

  • レイヤーf-> lは3の価値があるため、mは-3、-2、-1、0、1、2、および3になります。

量子数の例5

軌道がどのように満たされるかはすでに知っているので、量子数mは、最後に引き出された電子がある穴の値になります。 以前からこの例を覚えていますか?:

量子数の例6

この場合、mは-1になります。これは、pシェル(3軌道)に4つの電子がある場合、最後に満たされる電子が最初の軌道の負になるためです。

  • 量子数s。 量子数sは½と-½の価値しかありません。 最後に引き出された電子が正の場合、つまり矢印が上にある場合、sはXNUMX/XNUMXになります。 一方、軌道を埋める最後の電子が負の場合、つまり矢印が下を向いている場合、sは-½になります。

演習と例

はい、私たちはこれらすべてが多くの情報であることをすでに知っていますが、いくつかの例でそれをよりよく理解するでしょう。 どうぞ!

例1

セレン(Se)->原子番号:34

  1. 電子配置を書きます。 s、p、d、f軌道がそれぞれ2、6、10、14個の電子を持っていることを考慮して、Moeller図に従って電子配置を記述しています。 指数として書かれている電子の数を足して構成を書いています。

1s22s22p63s23p64s23d104p4

4p軌道が満たされないため、電子の合計が36になるため、4pを配置しません。6しかし4p4.

  1. 量子数を取り出します。 これを行うために、原子価または微分電子、つまり軌道を埋めた最後の電子を調べます。 この場合、4pを見ていきます4.
    • 主量子数。 満たす最後のエネルギーレベルは4でした。

n = 4

  • 二次量子数。 満たす最後のエネルギーサブレベルはp軌道でした。

l = 1

  • 磁気量子数。 電子を引き寄せている場合、最後に満たされるのはpシェルの最初の軌道になります。

量子数の例7

m = -1

  • スピン量子数。 p軌道を占める最後の電子には下向き矢印があります。

s =-½

例2

ゴールド(Au)-> [Xe] 6s14f145d10

  • 主量子数-> N = 5
  • 二次量子数-> l = 2
  • 磁気量子数-> m = 2
  • スピン量子数-> s =-½

そしてそれがすべてです! 今度はあなたの番です。電子配置を行って、次の元素の量子数を取得できますか?:

Cr(24)、Rb(37)、Br(35)、Lu(71)、Au(79)

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