Kvantiniai skaičiai

Remiantis Nielso Bohro atominiu modeliu, atomo protonai ir neutronai yra branduolyje, o elektronai yra aplink jį. Nors mes negalime tiksliai žinoti, kur yra elektronas, yra sričių, kuriose greičiausiai jis randamas - atominės orbitos. Ir kaip mes galime nustatyti tas orbitales? Labai paprasta, naudojant kvantinius skaičius.

Kokie yra kvantiniai skaičiai?

Yra 4 kvantiniai skaičiai. Trys iš jų suteikia mums informacijos apie tai, kur yra tam tikro atomo elektronas, tai yra, jie suteikia mums informacijos apie orbitą. Kita vertus, ketvirtasis kvantinis skaičius mums nesako, kur yra elektronas, bet kaip. Ar jums vis dar neaišku apie tai? Pirmyn!

• Pagrindinis kvantinis skaičius (n). Tai paskutinis užpildytas energijos lygis ir nurodo orbitos dydį, taigi ir atstumą tarp branduolio ir elektrono. Kodėl? Labai lengva. Kuo didesnė orbita, tuo toliau elektronas gali būti nuo atomo branduolio.
• Azimutinis arba antrinis kvantinis skaičius l). Nurodykite orbitos formą.
• Magnetinis kvantinis skaičius (m). Nurodo orbitos orientaciją.
• Sukimosi kvantinis skaičius (s). Nurodykite elektrono sukimosi kryptį.

Lengva tiesa? Eikime su svarbiu dalyku!

Kaip gaunami kvantiniai skaičiai

Norėdami gauti kvantinius skaičius, turite atlikti 2 paprastus veiksmus:

1. Parašykite elektronų konfigūraciją.
2. Gaukite kvantinius skaičius iš diferencialinio elektrono (paskutinio, kuris užpildo orbitą).

Elektroninė konfigūracija

Mes pradedame nuo 1 veiksmo, parašykite elektronų konfigūraciją. Kaip? Yra du būdai tai padaryti, pradėkime!

Moellerio diagrama

Šis metodas parodo orbitų užpildymo tvarką pagal šį brėžinį:

Ši schema vadovaujasi Aufbau principu, teigiančiu, kad orbitos užpildomos didėjančia energijos tvarka, tai yra, orbita, kuri turi mažiausiai energijos, užpildys anksčiau.

Norint sužinoti, kuri orbita turi daugiau energijos, atliekama operacija n + l. Jei atliekant šią dviejų skirtingų atomų operaciją gaunamas tas pats skaičius, tas, kurio skaičius n yra didesnis, turės daugiau energijos. Kitaip tariant, esant lygiam lygiui, pirmiausia užpildomas tas, kurio skaičius yra mažiausias. Pažiūrėkime su pavyzdžiu:

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

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

Kadangi n + l taisyklėje yra lygiosios, ji užpildo 4p anksčiau, nes jos skaičius n yra mažesnis.

Branduolio modelis

Norėdami gauti elektroninę konfigūraciją pagal šį modelį, turite labai gerai žinoti periodinę lentelę. Jei mes turime atominį numerį ir elemento padėtį lentelėje, tai yra pyragas!

Šis metodas laikomas supaprastintu metodu, nes leidžia nerašyti visos elektronų konfigūracijos. Tokiu būdu skliausteliuose galime įrašyti aukščiau esančių tauriųjų dujų elemento pavadinimą, o tada kelią nuo tų tauriųjų dujų iki nagrinėjamo elemento. Pažiūrėkime pavyzdį:Taigi, trajektoriją surašysime atsižvelgdami į laikotarpio numerį (periodinės lentelės eilutę) ir „zoną“, o kai bus parašyta elektroninė konfigūracija, ištrauksime kvantinius skaičius.

Fosforas (P) bus parašytas iš ankstesnių tauriųjų dujų, ty neono:

P -> [Ne] 3s²3p³

Žinoma, su šiuo metodu turite būti atsargūs, nes zonos d ir f yra specialios zonos. Keliaujant į d zoną įdėsime ne laikotarpio (eilutės) numerį, o laikotarpio skaičių atėmus vieną. Tas pats atsitinka ir su F sritimi, dėsime ne laikotarpio numerį, o laikotarpio skaičių atėmus du. Tai geriau suprasite, kai pateiksite keletą pavyzdžių:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Nors tai yra 5 laikotarpis, kai esame d zonoje, atimame 1.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Nors tai yra 6 laikotarpis, kai esame f zonoje, atimame 2.

Elektroninės konfigūracijos išimtys

Elektronų konfigūracija turi keletą specialių aspektų, kurie, jei apie juos nežinote, gali sukelti didelių galvos tiektuvų. Tačiau neplatinkite panikos! Mes jums pasakysime!

F zona

F zona yra periodinės lentelės apačioje, tačiau iš tikrųjų yra „įterpta“ į tarpą, kurį matome balta spalva, tai yra tarp pirmojo ir antrojo paskutinių dviejų D zonos eilučių elementų.

Tu matai tai? Dėl šios priežasties kartais, kai turime parašyti elektroninę elemento konfigūraciją F zonoje, pavyzdžiui, Nd, turėsime įdėti elektroną į atitinkamo lygio D zoną, atsižvelgdami į tą elementą D zonoje, kuri yra prieš įeinant į F zoną.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

6 grupė ir 11 grupė

6 ir 11 grupės pereinamųjų metalų paskutiniai apvalkalai turi atitinkamai 4 ir 9 elektronus. Todėl, norėdama būti stabilesnis elementas, s orbita susijaudina ir praranda elektroną, kuris pereina į kitą orbitą - d. Tokiu būdu s orbitoje liks elektronas; ir d su 5, jei jis yra 6 grupės elementas, arba su 10, jei jis yra 11 grupės elementas.

Štai pavyzdys:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Matyt, tai būtų sidabro (Ag) elektronų konfigūracija. Tačiau praradus elektroną iš orbitos, atrodo taip:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Tačiau yra ir šios taisyklės išimčių, pavyzdžiui, volframas (6 grupė), kurio s orbitoje lieka 2 elektronai, o 4 - d orbitoje.

Tačiau nesijaudinkite! Tipiškiausi (Cr, Cu, Ag ir Au) laikosi šios taisyklės.

Ar supranti? Na. Tai viskas, ką reikia žinoti apie elektronų konfigūraciją. Eikime į kvantinius skaičius!

Kaip gauti kvantinius skaičius

Norėdami gauti kvantinius skaičius, turime žinoti, kiek elektronų telpa kiekviename orbitos apvalkale, atsižvelgiant į tai, kad orbitoje yra 2 elektronai.

• Sluoksnis s. Jis turi tik vieną orbitą, todėl gali tilpti 2 elektronus.

• Sluoksnis p. Jis turi 3 orbitales, todėl yra vietos 6 elektronams.

• Sluoksnis d. Jis turi 5 orbitas, todėl gali tilpti 10 elektronų.

• Sluoksnis f. Jame yra 7 orbitos, tai yra 14 elektronų.

Dabar, kai suprantate, kad kiekvienoje orbitoje yra 2 elektronai, turėtumėte žinoti Hundo taisyklę. Ši taisyklė sako, kad užpildant to paties pogrupio ar apvalkalo, pvz., P apvalkalo, orbitą, elektronai užpildo orbitą viena kryptimi (teigiama), o paskui kita (neigiama). Ar norite tai pamatyti su pavyzdžiu?

Jei turime 2p⁴, tai yra, 2p orbitalė su 4 elektronais nebus užpildyta taip:

Jis bus užpildytas taip:

Ar supranti? Puiku, pažiūrėkime, kaip apskaičiuoti skaičius:

• Kvantinis skaičius n. Šis skaičius sutampa su paskutinio elektronų konfigūracijos lygio numeriu. Pavyzdžiui, jei elektronų konfigūracija baigiasi 4s², pagrindinis kvantinis skaičius bus 4.
• Kvantinis skaičius l. Šis skaičius priklauso nuo paskutinio užpildyto sluoksnio.
• S sluoksnis -> l = 0
• Sluoksnis p -> l = 1
• D sluoksnis -> l = 2
• F sluoksnis -> l = 3
• Kvantinis skaičius m. Skaičius m gali būti bet kokia reikšmė nuo -l iki + l, todėl jis priklausys nuo tolesnio lygmens, kuriame yra diferencialinis elektronas, tai yra, jei jis yra s, p, d arba f. Kaip apskaičiuoti šį skaičių yra šiek tiek sudėtingiau, pažiūrėkime jį su keliais brėžiniais:
• Sluoksnis s -> Kaip matėme, l yra vertas 0, taigi m gali būti vertas tik 0.
• P sluoksnis -> l yra vertas 1, taigi m gali būti -1, 0 arba 1.

• D sluoksnis -> l yra 2, taigi m gali būti -2, -1, 0, 1 ir 2.

• F sluoksnis -> l yra vertas 3, taigi m gali būti -3, -2, -1, 0, 1, 2 ir 3.

Jūs jau žinote, kaip užpildomos orbitos, todėl kvantinis skaičius m turės skylės, kurioje yra paskutinis ištrauktas elektronas, vertę. Ar prisimeni šį pavyzdį iš anksčiau?:

Šiuo atveju m bus -1, nes p apvalkale (3 orbitose), jei yra 4 elektronai, paskutinis užpildytas būtų pirmosios orbitos neigiamas.

• Kvantinis skaičius s. Kvantinis skaičius s gali būti vertas tik ½ ir -½. Jei paskutinis ištrauktas elektronas yra teigiamas, tai yra, rodyklė yra aukštyn, s bus ½. Kita vertus, jei paskutinis orbitą užpildęs elektronas yra neigiamas, tai yra, rodyklė nukreipta žemyn, s bus –½.

Pratimai ir pavyzdžiai

Taip, mes jau žinome, kad visa tai yra daug informacijos, tačiau jūs tai geriau suprasite pateikdami keletą pavyzdžių. Štai mes!

Pavyzdys 1

Selenas (Se) -> Atominis skaičius: 34

1. Mes rašome elektronų konfigūraciją. Rašome elektronų konfigūraciją pagal Molerio diagramą, atsižvelgdami į tai, kad s, p, d ir f orbitose yra atitinkamai 2, 6, 10 ir 14 elektronų. Rašome konfigūraciją pridėdami elektronų skaičių, kuris užrašomas kaip eksponentas.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Kadangi 4p orbitalė neužpildoma, nes elektronų būtų iki 36, mes nededame 4p⁶bet 4p⁴.

2. Išimame kvantinius skaičius. Norėdami tai padaryti, mes žiūrime į valentinį arba diferencialinį elektroną, tai yra paskutinį elektroną, užpildžiusį orbitą. Šiuo atveju mes pažvelgsime į 4p⁴.
   • Pagrindinis kvantinis skaičius. Paskutinis užpildytas energijos lygis buvo 4.

n = 4

• Antrinis kvantinis skaičius. Paskutinis užpildytas energijos pogrupis buvo p orbita.

l = 1

• Magnetinis kvantinis skaičius. Jei piešiame elektronus, paskutinis užpildymas bus pirmoji p apvalkalo orbita.

m = -1

• Sukimosi kvantinis skaičius. Paskutinis elektronas, užimantis p orbitą, turi rodyklę žemyn.

s = -½

Pavyzdys 2

Auksas (Au) -> [Xe] 6s¹4f¹⁴5d¹⁰

• Pagrindinis kvantinis skaičius -> n = 5
• Antrinis kvantinis skaičius -> l = 2
• Magnetinis kvantinis skaičius -> m = 2
• Sukimosi kvantinis skaičius -> s = -½

Ir viskas! Dabar jūsų eilė, ar galėtumėte atlikti elektronų konfigūraciją ir gauti šių elementų kvantinius skaičius?:

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