Kvantu skaitļi

Saskaņā ar Nīla Bora atomu modeli atoma protoni un neitroni atrodas kodolā, bet elektroni - ap to. Lai gan mēs nevaram zināt, kur tieši atrodas elektrons, ir vietas, kur tas, visticamāk, ir atrodams - atomu orbitāles. Un kā mēs varam noteikt šīs orbitāles? Ļoti vienkārši, izmantojot kvantu skaitļus.

kvantu skaitļi

Kādi ir kvantu skaitļi?

Ir 4 kvantu skaitļi. Trīs no tiem sniedz mums informāciju par to, kur atrodas noteikta atoma elektrons, tas ir, viņi sniedz mums informāciju par orbitālu. No otras puses, ceturtais kvantu skaitlis mums nepasaka, kur atrodas elektrons, bet gan kā. Vai jūs joprojām neesat pārāk skaidrs par to? Dari tā!

  • Galvenais kvantu skaitlis (n). Tas ir pēdējais enerģijas līmenis, kas jāaizpilda, un norāda orbītas lielumu un līdz ar to attālumu starp kodolu un elektronu. Kāpēc? Ļoti viegli. Jo lielāka ir orbitāle, jo tālāk elektrons var atrasties no atoma kodola.
  • Azimutālais vai sekundārais kvantu skaitlis (l). Norādiet orbītas formu.
  • Magnētiskais kvantu skaitlis (m). Norāda orbītas orientāciju.
  • Spin kvantu skaitlis (s). Pastāstiet, kādā virzienā elektrons griežas.

Viegli, vai ne? Iesim ar svarīgāko!

Kā tiek iegūti kvantu skaitļi

Lai iegūtu kvantu skaitļus, jums vienkārši jāveic 2 vienkāršas darbības:

  1. Uzrakstiet elektronu konfigurāciju.
  2. Iegūstiet kvantu skaitļus no diferenciālā elektrona (pēdējais, kas aizpilda orbitālu).

Elektroniskā konfigurācija

Mēs sākam ar 1. darbību, uzrakstiet elektronu konfigurāciju. Kā? Ir divas metodes, kā to izdarīt, ķersimies pie tā!

Mūlera diagramma

Šis paņēmiens norāda orbitālu aizpildīšanas secību, izmantojot šādu zīmējumu:

mellera diagramma

Šo diagrammu regulē Aufbau princips, kas aizstāv to, ka orbītas aizpilda arvien pieaugošā enerģijas secībā, tas ir, orbītā, kurai ir vismazāk enerģijas, tiks aizpildīta agrāk.

Lai noskaidrotu, kurai orbitālei ir vairāk enerģijas, tiek veikta operācija n + l. Ja šīs darbības rezultātā diviem dažādiem atomiem tiek iegūts vienāds skaitlis, tam, kura skaitlis n ir lielāks, būs vairāk enerģijas. Citiem vārdiem sakot, neizšķirta gadījumā vispirms tiek aizpildīts tas, kuram ir mazākais skaitlis n. Apskatīsim to ar piemēru:

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

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

Tā kā n + l noteikumā ir neizšķirts, tas aizpilda 4p agrāk, jo tā skaitlis n ir mazāks.

Kodola modelis

Lai iegūtu elektronisko konfigurāciju pēc šī modeļa, jums ļoti labi jāzina periodiskā tabula. Ja mums tabulā ir elementa atomu numurs un pozīcija, tas ir kūkas gabals!

kodola modelis

Šī metode tiek uzskatīta par vienkāršotu metodi, jo tā ļauj nerakstīt pilnu elektronu konfigurāciju. Tādā veidā mēs iekavās varam ierakstīt augstā cēlgāzes elementa nosaukumu un pēc tam ceļu no šīs cēlgāzes līdz attiecīgajam elementam. Apskatīsim piemēru:Tādējādi mēs uzrakstīsim trajektoriju, ņemot vērā perioda numuru (periodiskās tabulas rinda) un "zonu", un, tiklīdz būs uzrakstīta elektroniskā konfigurācija, mēs iegūsim kvantu skaitļus.

Fosfors (P) tiks uzrakstīts no iepriekšējās cēlgāzes, tas ir, no neona:

P -> [Ne] 3s23p3

Protams, ar šo metodi jums jābūt uzmanīgam, jo ​​zonas d un f ir īpašas zonas. Veicot braucienu, d zonā mēs neieliksim perioda (rindas) numuru, bet gan perioda numuru mīnus viens. Tas pats notiek ar apgabalu F, mēs neliksim perioda numuru, bet perioda numuru mīnus divi. Jūs to labāk sapratīsit, izmantojot dažus piemērus:

Nb -> [Kr] 5s14d4

Lai gan tas ir 5. periodā, kad esam zonā d, mēs atņemam 1.

Nd -> [Xe] 6s24f14

Lai gan tas ir 6. periodā, kad esam zonā f, mēs atņemam 2.

Izņēmumi elektroniskajā konfigurācijā

Elektronu konfigurācijai ir pāris īpaši aspekti, kas, ja jūs par tiem nezināt, var radīt lielas galvas padeves ierīces. Bet neizkliedējiet paniku! Mēs jums pateiksim!

F zona

F zona parādās periodiskās tabulas apakšā, bet patiesībā ir “iestrādāta” plaisa, ko mēs redzam baltā krāsā, tas ir, starp D zonas pēdējo divu rindu pirmo un otro elementu.

f-zona

Vai redzi? Tāpēc dažreiz, kad mums ir jāraksta elementa elektroniskā konfigurācija F zonā, piemēram, Nd, mums būs jāievieto elektrons atbilstošā līmeņa D zonā, atsaucoties uz šo elementu D zonā, kas atrodas pirms ievadīšanas zona F.

Ce -> [Xe] 6s25d14f1

6. un 11. grupa

6. un 11. grupas pārejas metālu pēdējos apvalkos ir attiecīgi 4 un 9 elektroni. Tāpēc, lai būtu stabilāks elements, s orbitāla kļūst satraukta un zaudē elektronu, kas pāriet uz nākamo orbitāli, d. Tādā veidā s orbitālei paliks elektrons; un d ar 5, ja tas ir 6. grupas elements, vai ar 10, ja tas ir 11. grupas elements.

Šeit ir piemērs:

Ag -> [Kr] 5s24d9

Acīmredzot tā būtu sudraba (Ag) elektronu konfigurācija. Tomēr, zaudējot elektronu no orbītas, tas izskatās šādi:

Ag -> [Kr] 5s14d10

Tomēr šim noteikumam ir izņēmumi, piemēram, volframs (6. grupa), kas palicis ar 2 elektroniem s orbitālā un 4 d orbitālā.

Bet neuztraucieties! Tipiskākie (Cr, Cu, Ag un Au) ievēro šo noteikumu.

Vai jūs to saprotat? Nu. Tas ir viss, kas jums jāzina par elektronu konfigurāciju. Pievērsīsimies kvantu skaitļiem!

Kā iegūt kvantu skaitļus

Lai iegūtu kvantu skaitļus, mums jāzina, cik elektronu ietilpst katrā orbītas apvalkā, ņemot vērā, ka 2 elektroni ietilpst orbītā.

  • Slānis s. Tam ir tikai viena orbīta, tāpēc tajā var ietilpt 2 elektroni.

apmetnis s

  • Slānis lpp. Tam ir 3 orbitāles, tāpēc ir vieta 6 elektroniem.

slānis p

  • Slānis d. Tam ir 5 orbitāles, tāpēc tas var turēt 10 elektronus.

slānis d

  • F slānis. Tam ir 7 orbitāles, tas ir, tas var saturēt 14 elektronus.

slānis f

Tagad, kad jūs saprotat, ka katrā orbitālā ir 2 elektroni, jums jāzina Hunda noteikums. Šis noteikums saka, ka, aizpildot viena apakšlīmeņa vai apvalka orbitāles, piemēram, p apvalku, elektroni aizpilda orbitālu vienā virzienā (pozitīvs) un pēc tam otrā (negatīvs). Vai vēlaties to redzēt ar piemēru?

Ja mums ir 2p4, tas ir, 2p orbitāle ar 4 elektroniem neaizpildīsies šādi:

Kvantu skaitļu piemēri 1

Tas aizpildīsies šādi:

Kvantu skaitļu piemēri 2

Vai jūs to saprotat? Lieliski, redzēsim, kā aprēķināt skaitļus:

  • Kvantu skaitlis n. Šis skaitlis sakrīt ar elektronu konfigurācijas pēdējā līmeņa numuru. Piemēram, ja elektronu konfigurācija beidzas ar 4s2, galvenais kvantu skaitlis būs 4.
  • Kvantu skaitlis l. Šis skaitlis ir atkarīgs no pēdējā aizpildītā slāņa.
  • Slānis s -> l = 0
  • Slānis p -> l = 1
  • D slānis -> l = 2
  • F slānis -> l = 3
  • Kvantu skaitlis m. Skaitlis m var būt jebkura vērtība no -l līdz + l, tāpēc tas būs atkarīgs no apakšlīmeņa, kurā atrodas diferenciālais elektrons, tas ir, no tā, vai tas ir s, p, d vai f. Šī skaitļa aprēķināšana ir nedaudz sarežģītāka, aplūkosim to ar pāris zīmējumiem:
  • Slānis s -> Kā redzējām, l ir 0 vērts, tātad m var būt tikai 0.
  • Slānis p -> L ir vērts 1, tāpēc m var būt -1, 0 vai 1.

Kvantu skaitļu piemēri 3

  • Slānis d -> L ir 2, tāpēc m var būt -2, -1, 0, 1 un 2.

Kvantu skaitļu piemēri 4

  • Slānis f -> l ir 3 vērts, tāpēc m var būt -3, -2, -1, 0, 1, 2 un 3.

Kvantu skaitļu piemēri 5

Jūs jau zināt, kā orbītas tiek aizpildītas, tāpēc kvantu skaitlim m būs tā cauruma vērtība, kurā atrodas pēdējais novilktais elektrons. Vai atceries šo piemēru no iepriekšējiem laikiem:

Kvantu skaitļu piemēri 6

Šajā gadījumā m būs -1, jo p apvalkā (3 orbitāles), ja ir 4 elektroni, pēdējais aizpildītais būtu pirmās orbītas negatīvs.

  • Kvantu skaitlis s. Kvantu skaitlis s var būt tikai ½ un -½ vērts. Ja pēdējais ievilktais elektrons ir pozitīvs, tas ir, bultiņa ir uz augšu, s būs ½. No otras puses, ja pēdējais orbitāles aizpildīšanas elektrons ir negatīvs, tas ir, ar bultiņu uz leju, s būs -½.

Vingrinājumi un piemēri

Jā, mēs jau zinām, ka tas viss ir daudz informācijas, bet jūs to labāk sapratīsit ar dažiem piemēriem. Te nu mēs esam!

Piemērs 1

Selēns (Se) -> Atomu skaitlis: 34

  1. Mēs rakstām elektronu konfigurāciju. Mēs rakstām elektronu konfigurāciju saskaņā ar Mollera diagrammu, ņemot vērā, ka s, p, d un f orbitālēs ir attiecīgi 2, 6, 10 un 14 elektroni. Mēs rakstām konfigurāciju, pievienojot elektronu skaitu, kas tiek rakstīts kā eksponents.

1s22s22p63s23p64s23d104p4

Tā kā 4p orbitāle neaizpildās, jo elektroni sasniegs līdz 36, mēs neliekam 4p6bet 4p4.

  1. Mēs izņemam kvantu skaitļus. Lai to izdarītu, mēs aplūkojam valenci vai diferenciālo elektronu, tas ir, pēdējo elektronu, kas ir aizpildījis orbitālu. Šajā gadījumā mēs apskatīsim 4p4.
    • Galvenais kvantu skaitlis. Pēdējais piepildītais enerģijas līmenis bija 4.

n = 4

  • Sekundārais kvantu skaitlis. Pēdējais aizpildītais enerģijas apakšlīmenis bija p orbitāle.

l = 1

  • Magnētiskais kvantu skaitlis. Ja mēs zīmējam elektronus, pēdējais aizpildīs p apvalka pirmo orbitāli.

Kvantu skaitļu piemēri 7

m = -1

  • Spin kvantu skaitlis. Pēdējam elektronam, kas aizņem p orbitāli, ir lejupvērstā bultiņa.

s = -½

Piemērs 2

Zelts (Au) -> [Xe] 6s14f145d10

  • Galvenais kvantu skaitlis -> n = 5
  • Sekundārais kvantu skaitlis -> l = 2
  • Magnētiskais kvantu skaitlis -> m = 2
  • Spin kvantu skaitlis -> s = -½

Un tas arī viss! Tagad ir jūsu kārta, vai jūs varētu veikt elektronu konfigurāciju un iegūt šādu elementu kvantu skaitļus?:

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

Atstājiet savu komentāru