კვანტური რიცხვები

ნილს ბორის ატომური მოდელის მიხედვით, ატომის პროტონები და ნეიტრონები ბირთვშია, ხოლო ელექტრონები მის ირგვლივ. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ არ შეგვიძლია ვიცოდეთ ზუსტად სად არის ელექტრონი, არის უბნები, სადაც მისი პოვნის დიდი ალბათობაა, ატომური ორბიტალები. და როგორ შეგვიძლია განვსაზღვროთ ეს ორბიტალები? ძალიან მარტივია, კვანტური რიცხვების გამოყენებით.

რა არის კვანტური რიცხვები?

არის 4 კვანტური რიცხვი. სამი მათგანი გვაძლევს ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ სად არის გარკვეული ატომის ელექტრონი, ანუ გვაწვდიან ინფორმაციას ორბიტალზე. მეორეს მხრივ, მეოთხე კვანტური რიცხვი არ გვეუბნება სად არის ელექტრონი, არამედ როგორ. თქვენ ჯერ კიდევ არ ხართ ნათლად ამის შესახებ? წადი!

• ძირითადი კვანტური რიცხვი (n) ეს არის ბოლო ენერგეტიკული დონე, რომელიც ავსებს და მიუთითებს ორბიტის ზომას და, შესაბამისად, მანძილს ბირთვსა და ელექტრონს შორის. რატომ? ძალიან ადვილია. რაც უფრო დიდია ორბიტა, მით უფრო შორს არის ელექტრონი ატომის ბირთვიდან.
• აზიმუტალური ან მეორადი კვანტური რიცხვი (ლ) მიუთითეთ ორბიტის ფორმა.
• მაგნიტური კვანტური რიცხვი (მ) მიუთითებს ორბიტის ორიენტაციაზე.
• დაატრიალეთ კვანტური რიცხვი (ებ) ი. მითხარით რომელი მიმართულებით ბრუნავს ელექტრონი.

ადვილია არა? მოდით გადავიდეთ მნიშვნელოვანზე!

როგორ მიიღება კვანტური რიცხვები

კვანტური რიცხვების მისაღებად თქვენ უბრალოდ უნდა შეასრულოთ 2 მარტივი ნაბიჯი:

1. ჩაწერეთ ელექტრონის კონფიგურაცია.
2. მიიღეთ კვანტური რიცხვები დიფერენციალური ელექტრონიდან (ბოლო, რომელიც ავსებს ორბიტალს).

ელექტრონული კონფიგურაცია

ჩვენ ვიწყებთ 1 ნაბიჯს, ვწერთ ელექტრონის კონფიგურაციას. Როგორ? ამის გაკეთების ორი მეთოდი არსებობს, მოდით მივაღწიოთ მას!

მოლერის დიაგრამა

ეს ტექნიკა მიუთითებს ორბიტალების შევსების წესს შემდეგი ნახაზის საშუალებით:

ეს დიაგრამა იმართება აუფბაუს პრინციპით, რომელიც იცავს იმას, რომ ორბიტალები ავსებენ ენერგიის მზარდ წესრიგს, ანუ ორბიტა, რომელსაც აქვს ყველაზე ნაკლები ენერგია, ადრე შეივსება.

იმის გასარკვევად, თუ რომელ ორბიტალს აქვს მეტი ენერგია, ტარდება ოპერაცია n + l. თუ ეს ორი განსხვავებული ატომის ოპერაცია ერთსა და იმავე რიცხვს გამოიღებს, მას, ვისი რიცხვიც n უფრო მაღალია, ექნება მეტი ენერგია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰალსტუხის შემთხვევაში, პირველი ივსება ყველაზე დაბალი რიცხვით n. ვნახოთ მაგალითით:

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

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

ვინაიდან n + l წესში არის ჰალსტუხი, ის 4p ადრე ივსება, რადგან მისი რიცხვი n უფრო დაბალია.

ბირთვის მოდელი

ამ მოდელის შემდეგ ელექტრონული კონფიგურაციის მისაღებად თქვენ კარგად უნდა იცოდეთ პერიოდული ცხრილი. თუ ცხრილში გვაქვს ელემენტის ატომური ნომერი და პოზიცია, ეს არის ნამცხვრის ნაჭერი!

ეს მეთოდი ითვლება გამარტივებულ მეთოდად, ვინაიდან ის საშუალებას გაძლევთ არ დაწეროთ სრული ელექტრონული კონფიგურაცია. ამ გზით, ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ კეთილშობილი გაზის ელემენტის სახელი ფრჩხილებში, შემდეგ კი გზა ამ კეთილშობილი გაზიდან იმ ელემენტამდე. ვნახოთ მაგალითი:ამრიგად, ჩვენ დავწერთ ტრაექტორიას პერიოდის რაოდენობის (პერიოდული ცხრილის რიგის) და „ზონის“ გათვალისწინებით და, მას შემდეგ რაც ელექტრონული კონფიგურაცია დაიწერება, ჩვენ ამოვიღებთ კვანტურ რიცხვებს.

ფოსფორი (P) დაიწერება წინა კეთილშობილური გაზისგან, ანუ ნეონისგან:

P -> [Ne] 3 წ²3p³

რა თქმა უნდა, ფრთხილად უნდა იყოთ ამ მეთოდით, ვინაიდან d და f ზონები სპეციალური ზონებია. მოგზაურობისას, d ზონაში ჩვენ არ დავდებთ პერიოდის (რიგის) რიცხვს, არამედ პერიოდის რიცხვს მინუს ერთს. იგივე ხდება F ფართობთან დაკავშირებით, ჩვენ არ დავდებთ პერიოდის რიცხვს, არამედ პერიოდის რიცხვს მინუს ორს. თქვენ ამას უკეთ გაიგებთ რამდენიმე მაგალითით:

Nb -> [Kr] 5 წ¹4d⁴

მიუხედავად იმისა, რომ ეს არის მე –5 პერიოდში, როდესაც ჩვენ d ზონაში ვართ, ჩვენ გამოვაკლებთ 1 – ს.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

მიუხედავად იმისა, რომ ის მე –6 პერიოდში არის, როდესაც ვ ზონაში ვართ, გამოვაკლებთ 2 – ს.

გამონაკლისი ელექტრონულ კონფიგურაციაში

ელექტრონულ კონფიგურაციას აქვს რამდენიმე განსაკუთრებული ასპექტი, რომელიც, თუ თქვენ არ იცით მათი შესახებ, შეიძლება გამოიწვიოს დიდი სათადარიგო ნაწილები. მაგრამ ნუ ავრცელებთ პანიკას! ჩვენ გეტყვით!

ზონა F

F ზონა გამოჩნდება პერიოდული ცხრილის ბოლოში, მაგრამ ფაქტიურად "ჩადებულია" უფსკრულში, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ თეთრ ფერში, ანუ D ​​ზონის ბოლო ორი რიგის პირველ და მეორე ელემენტებს შორის.

ხედავ ამას? ამ მიზეზით, ზოგჯერ, როდესაც ჩვენ უნდა დავწეროთ ელემენტის ელექტრონული კონფიგურაცია F ზონაში, მაგალითად, Nd, ჩვენ უნდა მოვათავსოთ ელექტრონი შესაბამისი დონის D ზონაში იმ ელემენტის მითითებით D ზონაში, რომელიც არის F ზონაში შესვლამდე

Ce -> [Xe] 6 წ²5d¹4f¹

ჯგუფი 6 და ჯგუფი 11

მე -6 და მე -11 ჯგუფის გარდამავალ ლითონებს აქვთ 4 და 9 ელექტრონი თავიანთ უკანასკნელ გარსში, შესაბამისად. ამიტომ, უფრო სტაბილური ელემენტისთვის, s ორბიტა აღელვებს და კარგავს ელექტრონს, რომელიც გადადის შემდეგ ორბიტაზე, d. ამგვარად, s ორბიტალს დარჩება ელექტრონი; და d 5 – ით, თუ ეს არის 6 ჯგუფის ელემენტი, ან 10 – ით, თუ ეს არის 11 ჯგუფის ელემენტი.

აქ არის მაგალითი:

Ag -> [Kr] 5 წ²4d⁹

როგორც ჩანს, ეს იქნებოდა ვერცხლის (Ag) ელექტრონული კონფიგურაცია. ამასთან, ელექტრონის დაკარგვა ორბიტადან, ასე გამოიყურება:

Ag -> [Kr] 5 წ¹4d¹⁰

თუმცა, არსებობს გამონაკლისი ამ წესისგან, მაგალითად ვოლფრამი (ჯგუფი 6), რომელსაც დარჩა 2 ელექტრონი ს ორბიტალში და 4 დ ორბიტაში.

მაგრამ არ ინერვიულოთ! ყველაზე ტიპიური პირობა (Cr, Cu, Ag და Au) მიჰყვება ამ წესს.

გესმის? კარგად ეს არის ყველაფერი რაც თქვენ უნდა იცოდეთ ელექტრონის კონფიგურაციის შესახებ. მოდით გადავიდეთ კვანტურ რიცხვებზე!

როგორ მივიღოთ კვანტური რიცხვები

კვანტური რიცხვების მისაღებად, ჩვენ უნდა ვიცოდეთ რამდენი ელექტრონი ჯდება თითოეულ ორბიტალურ გარსში, იმის გათვალისწინებით, რომ 2 ელექტრონი ჯდება ორბიტაზე.

• ფენის სრა მას აქვს მხოლოდ ერთი ორბიტა, ასე რომ მას შეუძლია დაიკავოს 2 ელექტრონი.

• ფენა გვრა მას აქვს 3 ორბიტალი, ასე რომ ადგილი აქვს 6 ელექტრონზე.

• ფენა დრა მას აქვს 5 ორბიტალი, ასე რომ მას შეუძლია მოათავსოს 10 ელექტრონი.

• ფენა ვრა მას აქვს 7 ორბიტალი, ანუ ინახავს 14 ელექტრონს.

ახლა, როდესაც გესმით, რომ თითოეულ ორბიტაზე არის 2 ელექტრონი, თქვენ უნდა იცოდეთ ჰუნდის წესი. ეს წესი ამბობს, რომ ერთიდაიგივე ქვე დონის ან გარსის ორბიტალების შევსებისას, მაგალითად, p გარსი, ელექტრონები ავსებენ ორბიტალს ერთი მიმართულებით (პოზიტიური), შემდეგ კი მეორეში (ნეგატიური). გსურთ მისი მაგალითით ნახვა?

თუ გვაქვს 2p⁴ანუ 2p ორბიტა 4 ელექტრონით არ შეივსება ასე:

ის ასე შეივსება:

იღებ? მშვენიერია, ვნახოთ როგორ გამოვთვალოთ რიცხვები:

• კვანტური რიცხვი n. ეს რიცხვი ემთხვევა ელექტრონის კონფიგურაციის ბოლო დონის რიცხვს. მაგალითად, თუ ელექტრონის კონფიგურაცია მთავრდება 4 წმ -ით²მთავარი კვანტური რიცხვი იქნება 4.
• კვანტური რიცხვი ლ. ეს რიცხვი დამოკიდებულია ბოლო შევსებულ ფენაზე.
• ფენა s -> l = 0
• ფენა p -> l = 1
• ფენა d -> l = 2
• ფენა f -> l = 3
• კვანტური რიცხვი მ. რიცხვი m შეიძლება იყოს ნებისმიერი მნიშვნელობა –l– დან + l– მდე, ასე რომ, ეს იქნება დამოკიდებული ქვემოდონეზე, რომელშიც არის დიფერენციალური ელექტრონი, ანუ არის s, p, d ან f. როგორ გამოვთვალოთ ეს რიცხვი ცოტა უფრო რთულია, ვნახოთ რამდენიმე ნახატით:
• ფენა s -> როგორც ვნახეთ, l არის 0, ასე რომ m შეიძლება იყოს მხოლოდ 0.
• ფენა p -> l არის 1, ასე რომ m შეიძლება იყოს -1, 0 ან 1.

• ფენა d -> l არის 2, ასე რომ m შეიძლება იყოს -2, -1, 0, 1 და 2.

• ფენა f -> l არის 3, ასე რომ m შეიძლება იყოს -3, -2, -1, 0, 1, 2 და 3.

თქვენ უკვე იცით, როგორ ივსება ორბიტალები, ამიტომ კვანტურ რიცხვს m ექნება იმ ხვრელის მნიშვნელობა, სადაც არის ბოლო დახატული ელექტრონი. გახსოვთ ეს მაგალითი ადრე?:

ამ შემთხვევაში, m იქნება -1, ვინაიდან p გარსში (3 ორბიტალი), თუ არის 4 ელექტრონი, ბოლო შევსებული იქნება პირველი ორბიტის უარყოფითი.

• კვანტური რიცხვი sრა კვანტური რიცხვი s შეიძლება იყოს მხოლოდ ½ და -½. თუ ბოლო შედგენილი ელექტრონი დადებითია, ანუ ისარი მაღლაა, s იქნება ½. მეორეს მხრივ, თუ ბოლო ელექტრონი, რომელმაც შეავსო ორბიტა უარყოფითია, ანუ ისარი ქვემოთ მიმართულია, s იქნება -½.

სავარჯიშოები და მაგალითები

დიახ, ჩვენ უკვე ვიცით, რომ ეს ყველაფერი ბევრი ინფორმაციაა, მაგრამ თქვენ ამას უკეთ გაიგებთ რამდენიმე მაგალითით. Აქ ჩვენ მივდივართ!

მაგალითი 1

სელენი (Se) -> ატომური ნომერი: 34

1. ჩვენ ვწერთ ელექტრონის კონფიგურაციას. ჩვენ ვწერთ ელექტრონის კონფიგურაციას მოულერის დიაგრამის მიხედვით, იმის გათვალისწინებით, რომ s, p, d და f ორბიტალებს აქვთ შესაბამისად 2, 6, 10 და 14 ელექტრონი. ჩვენ ვწერთ კონფიგურაციას ელექტრონების რაოდენობის დამატებით, რომელიც იწერება როგორც ექსპონენტი.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

4p ორბიტა არ ივსება, ვინაიდან ელექტრონები დაემატება 36 -ს, ჩვენ არ ვაყენებთ 4p⁶მაგრამ 4p⁴.

2. ჩვენ ვიღებთ კვანტურ რიცხვებს. ამისათვის ჩვენ ვუყურებთ ვალენტურობას ან დიფერენციალურ ელექტრონს, ანუ ბოლო ელექტრონს, რომელმაც შეავსო ორბიტა. ამ შემთხვევაში, ჩვენ შევხედავთ 4p⁴.
   • ძირითადი კვანტური რიცხვი. ენერგიის ბოლო დონე, რომელიც უნდა შეავსოს იყო 4.

n = 4

• მეორადი კვანტური რიცხვი. ბოლო ენერგიის ქვეს დონე, რომელიც უნდა შეავსოს იყო p ორბიტალი.

ლ = 1

• მაგნიტური კვანტური რიცხვი. თუ ჩვენ ვხატავთ ელექტრონებს, ბოლოს შევსება იქნება p გარსის პირველი ორბიტა.

მ = -1

• დაატრიალეთ კვანტური რიცხვი. ბოლო ელექტრონს, რომელიც დაიკავებს p ორბიტალს, აქვს ქვემოთ ისარი.

s = -½

მაგალითი 2

ოქრო (Au) -> [Xe] 6 წ¹4f¹⁴5d¹⁰

• ძირითადი კვანტური რიცხვი -> n = 5
• მეორადი კვანტური რიცხვი -> ლ = 2
• მაგნიტური კვანტური რიცხვი -> მ = 2
• დაატრიალეთ კვანტური რიცხვი -> s = -½

Და სულ ეს არის! ახლა თქვენი ჯერია, შეგიძლიათ გააკეთოთ ელექტრონის კონფიგურაცია და მიიღოთ შემდეგი ელემენტების კვანტური რიცხვები?:

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