Nombor kuantum: Apakah itu, latihan dan contoh

Menurut model atom Niels Bohr, proton dan neutron atom berada di dalam nukleus, sementara elektron berada di sekitarnya. Walaupun kita tidak dapat mengetahui di mana elektron berada tepat, ada kawasan di mana kemungkinan besar dijumpai, orbit atom. Dan bagaimana kita dapat menentukan orbitnya? Sangat mudah, menggunakan nombor kuantum.

Apakah nombor kuantum?

Terdapat 4 nombor kuantum. Tiga daripadanya memberi kita maklumat mengenai di mana elektron atom tertentu, iaitu, mereka memberi kita maklumat mengenai orbit. Sebaliknya, nombor kuantum keempat tidak memberitahu kita di mana elektron berada, tetapi bagaimana. Adakah anda masih tidak begitu jelas mengenai perkara ini? Berusaha untuk mendapatkannya!

Nombor kuantum utama (n). Ini adalah tahap tenaga terakhir untuk mengisi dan menunjukkan ukuran orbit dan oleh itu jarak antara nukleus dan elektron. Kenapa? Sangat mudah. Semakin besar orbital, semakin jauh elektron dari inti atom.
Nombor kuantum Azimuthal atau sekunder (l). Nyatakan bentuk orbit.
Nombor kuantum magnetik (m). Menunjukkan orientasi orbit.
Nombor kuantum putaran (s). Beritahu cara elektron berputar.

Mudah kan? Mari bersama perkara penting!

Bagaimana nombor kuantum diturunkan

Untuk mendapatkan nombor kuantum, anda hanya perlu mengikuti 2 langkah mudah:

Tulis konfigurasi elektron.
Dapatkan nombor kuantum dari elektron pembezaan (yang terakhir mengisi orbit).

Konfigurasi elektronik

Kita mulakan dengan langkah 1, tulis konfigurasi elektron. Bagaimana? Terdapat dua kaedah untuk melakukannya, mari kita lakukan!

Gambar rajah Moeller

Teknik ini menunjukkan susunan pengisian orbit melalui gambar berikut:

Gambar rajah ini dikendalikan oleh prinsip Aufbau, yang berpendapat bahawa orbital dipenuhi dengan susunan tenaga yang bertambah, iaitu, orbit yang mempunyai tenaga paling sedikit akan diisi lebih awal.

Untuk mengetahui orbit mana yang mempunyai lebih banyak tenaga, operasi n + l dilakukan. Sekiranya operasi ini untuk dua atom berbeza menghasilkan nombor yang sama, yang nombor nnya lebih tinggi akan mempunyai lebih banyak tenaga. Dengan kata lain, sekiranya berlaku tali leher, nombor dengan nombor terendah n diisi terlebih dahulu. Mari kita lihat dengan contoh:

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

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

Oleh kerana terdapat ketentuan dalam peraturan n + l, ia mengisi 4p lebih awal kerana bilangannya n lebih rendah.

Model Kernel

Untuk mendapatkan konfigurasi elektronik mengikut model ini, anda mesti mengetahui jadual berkala dengan baik. Sekiranya kita mempunyai nombor atom dan kedudukan elemen dalam jadual, itu adalah sekeping kek!

Kaedah ini dianggap sebagai kaedah yang dipermudah kerana memungkinkan untuk tidak menulis konfigurasi elektron yang lengkap. Dengan cara ini, kita dapat menuliskan nama elemen gas mulia di atas dalam tanda kurung, dan kemudian jalan dari gas mulia itu ke elemen yang dimaksudkan. Mari lihat contoh:Oleh itu, kami akan menulis lintasan dengan mengambil kira bilangan tempoh (baris jadual berkala) dan "kawasan" dan, setelah konfigurasi elektronik ditulis, kami akan mengekstrak nombor kuantum.

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

P -> [Ne] 3s²3p³

Sudah tentu, anda harus berhati-hati dengan kaedah ini, kerana zon d dan f adalah zon khas. Semasa kita membuat lawatan, di zon d kita tidak akan meletakkan jumlah titik (baris), tetapi jumlah tempoh dikurangi satu. Perkara yang sama berlaku dengan zon F, kita tidak akan meletakkan jumlah tempoh, tetapi jumlah tempoh tolak dua. Anda akan memahaminya dengan lebih baik dengan beberapa contoh:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Walaupun pada periode 5, ketika kita berada di zon d, kita tolak 1.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Walaupun pada periode 6, ketika kita berada di zon f, kita tolak 2.

Pengecualian dalam konfigurasi elektronik

Konfigurasi elektron mempunyai beberapa aspek khas yang, jika anda tidak menyedarinya, boleh menyebabkan pengumpan kepala anda besar. Tetapi jangan menyebarkan rasa panik! Kami akan memberitahu anda!

Zon F

Zon F muncul di bahagian bawah jadual berkala, tetapi sebenarnya "tertanam" di celah yang kita lihat dengan warna putih, iaitu, antara elemen pertama dan kedua dari dua baris terakhir zon D.

Anda melihatnya? Atas sebab ini, kadang-kadang, apabila kita harus menulis konfigurasi elektronik unsur di zon F, misalnya, Nd, kita harus meletakkan elektron di zon D dari tahap yang sesuai dengan merujuk kepada unsur tersebut di zon D yang sebelum memasuki zon F.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Kumpulan 6 dan Kumpulan 11

Logam peralihan kumpulan 6 dan kumpulan 11 masing-masing mempunyai 4 dan 9 elektron dalam cengkerang terakhirnya. Oleh itu, untuk menjadi elemen yang lebih stabil, orbit s menjadi teruja dan kehilangan elektron, yang menuju ke orbit seterusnya, d. Dengan cara ini, orbit s akan dibiarkan dengan elektron; dan d dengan 5, jika ia adalah unsur kumpulan 6, atau dengan 10, jika itu adalah unsur kumpulan 11.

Inilah contohnya:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Nampaknya, ini adalah konfigurasi elektron perak (Ag). Walau bagaimanapun, kehilangan elektron dari orbit s, ia kelihatan seperti ini:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Walau bagaimanapun, terdapat pengecualian untuk peraturan ini, seperti Tungsten (kumpulan 6), yang tersisa dengan 2 elektron di orbit s dan 4 di orbit d.

Tetapi jangan risau! Yang paling biasa (Cr, Cu, Ag dan Au) mengikuti peraturan ini.

Adakah anda mendapatnya? Baiklah. Itu sahaja yang perlu anda ketahui mengenai konfigurasi elektron. Mari cari nombor kuantum!

Cara mendapatkan nombor kuantum

Untuk mendapatkan nombor kuantum, kita mesti mengetahui berapa banyak elektron yang sesuai di setiap cangkang orbit, dengan mengambil kira bahawa 2 elektron sesuai dalam orbit.

Lapisan s. Ia hanya mempunyai satu orbit, sehingga boleh memuat 2 elektron.

Lapisan p. Ia mempunyai 3 orbital, jadi ada ruang untuk 6 elektron.

Lapisan d. Ia mempunyai 5 orbital, sehingga dapat menahan 10 elektron.

Lapisan f. Ia mempunyai 7 orbital, iaitu, ia boleh menahan 14 elektron.

Setelah anda memahami bahawa terdapat 2 elektron di setiap orbit, anda harus mengetahui peraturan Hund. Peraturan ini mengatakan bahawa ketika mengisi orbit sublevel atau shell yang sama, misalnya, shell p, elektron mengisi orbit dalam satu arah (positif) dan kemudian ke arah yang lain (negatif). Adakah anda mahu melihatnya dengan contoh?

Sekiranya kita mempunyai 2p⁴, iaitu orbit 2p dengan 4 elektron, tidak akan mengisi seperti ini:

Ia akan mengisi seperti ini:

Adakah anda mendapatnya? Hebat, mari kita lihat cara mengira nombor:

Nombor kuantum n. Nombor ini bertepatan dengan bilangan tahap terakhir konfigurasi elektron. Sebagai contoh, jika konfigurasi elektron berakhir dalam 4s², nombor kuantum utama adalah 4.
Nombor kuantum l. Nombor ini bergantung pada lapisan terakhir yang telah diisi.
Lapisan s -> l = 0
Lapisan p -> l = 1
Lapisan d -> l = 2
Lapisan f -> l = 3
Nombor kuantum m. Nombor m boleh menjadi nilai antara -l hingga + l, jadi ia akan bergantung pada sublevel di mana elektron pembezaan, iaitu, apakah itu s, p, d atau f. Cara mengira nombor ini sedikit lebih rumit, mari kita lihat dengan beberapa gambar:
Lapisan s -> Seperti yang telah kita lihat, l bernilai 0, jadi m hanya bernilai 0.
Lapisan p -> L bernilai 1, jadi m dapat menjadi -1, 0 atau 1.

Lapisan d -> L adalah 2, jadi m mungkin -2, -1, 0, 1 dan 2.

Lapisan f -> l bernilai 3, jadi m boleh menjadi -3, -2, -1, 0, 1, 2 dan 3.

Anda sudah tahu bagaimana orbital diisi, jadi nombor kuantum m akan mempunyai nilai lubang di mana elektron yang terakhir dilukis. Adakah anda ingat contoh ini dari sebelumnya?:

Dalam kes ini, m akan menjadi -1, kerana di cangkang p (3 orbital), jika terdapat 4 elektron, yang terakhir diisi akan menjadi negatif dari orbit pertama.

Nombor kuantum s. Nombor kuantum s hanya bernilai ½ dan -½. Sekiranya elektron terakhir dilukis positif, iaitu anak panah naik, s akan menjadi ½. Sebaliknya, jika elektron terakhir untuk mengisi orbit adalah negatif, iaitu dengan anak panah menunjuk ke bawah, s akan menjadi -½.

Latihan dan contoh

Ya, kami sudah mengetahui bahawa semua ini adalah banyak maklumat, tetapi anda akan memahaminya dengan lebih baik dengan beberapa contoh. Ini dia!

Contoh 1

Selenium (Se) -> Nombor atom: 34

Kami menulis konfigurasi elektron. Kami menulis konfigurasi elektron mengikut rajah Moeller, dengan mengambil kira bahawa orbital s, p, d dan f masing-masing mempunyai 2, 6, 10 dan 14 elektron. Kami menulis konfigurasi dengan menambahkan bilangan elektron, yang ditulis sebagai eksponen.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Oleh kerana orbit 4p tidak mengisi, kerana elektron akan bertambah hingga 36, kita tidak meletakkan 4p⁶tetapi 4p⁴.

Kami mengeluarkan nombor kuantum. Untuk melakukan ini, kita melihat elektron valens atau pembezaan, iaitu elektron terakhir yang memenuhi orbit. Dalam kes ini, kita akan melihat 4p⁴.
- Nombor kuantum utama. Tahap tenaga terakhir yang perlu diisi adalah 4.

n = 4