Kvantetall: Hva de er, øvelser og eksempler

I følge Niels Bohrs atommodell er protonene og nøytronene til et atom i kjernen, mens elektronene er rundt det. Selv om vi ikke kan vite hvor et elektron er nøyaktig, er det områder der det er mest sannsynlig at det er atomorbitalene. Og hvordan kan vi bestemme disse orbitalene? Veldig enkelt, ved hjelp av kvantetall.

Hva er kvantetallene?

Det er 4 kvantetall. Tre av dem gir oss informasjon om hvor et elektron i et bestemt atom er, det vil si at de gir oss informasjon om banen. På den annen side forteller ikke det fjerde kvantetallet oss hvor elektronen er, men hvordan. Er du fremdeles ikke veldig tydelig på dette? Gå for det!

Hovedkvantum (n). Det er det siste energinivået som fylles og angir størrelsen på orbitalen og derfor avstanden mellom kjernen og elektronet. Hvorfor? Meget lett. Jo større orbital, jo lenger kan elektronet være fra atomkjernen.
Azimutalt eller sekundært kvantetall (l). Angi formen på orbitalen.
Magnetisk kvantetall (m). Indikerer orienteringen til banen.
Spinn kvantetall (s). Fortell hvilken vei elektronet roterer.

Lett ikke sant? La oss gå med det viktige!

Hvordan er kvantetall avledet

For å få kvantetallene trenger du bare å følge to enkle trinn:

Skriv elektronkonfigurasjonen.
Få kvantetallene fra differensialelektronet (det siste som fyller orbitalen).

Elektronisk konfigurasjon

Vi starter med trinn 1, skriver elektronkonfigurasjonen. Hvordan? Det er to metoder for å gjøre det, la oss komme til det!

Møller diagram

Denne teknikken indikerer rekkefølgen på fyllingen av orbitalene gjennom følgende tegning:

Dette diagrammet styres av Aufbau -prinsippet, som forsvarer at orbitalene fyller ut økende orden, det vil si at orbitalen som har minst energi vil fylle opp tidligere.

For å finne ut hvilken orbital som har mer energi, utføres operasjonen n + l. Hvis denne operasjonen for to forskjellige atomer resulterer i samme tall, vil den hvis nummer n er høyere ha mer energi. Med andre ord, i tilfelle uavgjort, fylles den med det laveste tallet n først. La oss se det med et eksempel:

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

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

Siden det er uavgjort i n + l -regelen, fyller den 4p tidligere fordi tallet n er lavere.

Kjernemodell

For å få den elektroniske konfigurasjonen etter denne modellen må du kjenne det periodiske systemet veldig godt. Hvis vi har atomnummeret og plasseringen av elementet i tabellen, er det et stykke kake!

Denne metoden regnes som en forenklet metode siden den tillater ikke å måtte skrive hele elektronkonfigurasjonen. På denne måten kan vi skrive navnet på edelgasselementet ovenfor i parentes, og deretter banen fra den edle gassen til det aktuelle elementet. La oss se et eksempel:Dermed vil vi skrive banen under hensyntagen til periodens nummer (rad i det periodiske system) og "sonen", og når den elektroniske konfigurasjonen er skrevet, vil vi trekke ut kvantetallene.

Fosforet (P) skrives fra edelgassen ovenfor, det vil si Neon:

P -> [Ne] 3s²3p³

Selvfølgelig må du være forsiktig med denne metoden, siden sonene d og f er spesielle soner. Når vi foretar reisen, vil vi i sone d ikke sette tallet på perioden (rad), men tallet på perioden minus en. Det samme skjer med område F, vi vil ikke sette periodens nummer, men tallet på perioden minus to. Du vil forstå det bedre med et par eksempler:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Selv om det er i periode 5, trekker vi fra 1 når vi er i sone d.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Selv om det er i periode 6, trekker vi fra 2 når vi er i sone f.

Unntak i den elektroniske konfigurasjonen

Elektronkonfigurasjonen har et par spesielle aspekter som, hvis du ikke er klar over dem, kan føre til store matere for hodet. Men ikke spre panikk! Vi vil fortelle deg det!

Sone F

Sone F vises nederst i det periodiske systemet, men er faktisk "innebygd" i gapet som vi ser i hvitt, det vil si mellom de første og andre elementene i de to siste radene i sone D.

Du ser det? Av denne grunn, noen ganger, når vi må skrive den elektroniske konfigurasjonen av et element i sone F, for eksempel Nd, må vi sette et elektron i sone D på det tilsvarende nivået i referanse til det elementet i sone D som er før du går inn i sone F.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Gruppe 6 og gruppe 11

Gruppe 6 og gruppe 11 overgangsmetaller har henholdsvis 4 og 9 elektroner i de siste skallene. Derfor, for å være et mer stabilt element, blir s orbital begeistret og mister et elektron, som passerer til neste orbital, d. På denne måten vil s orbital stå igjen med et elektron; og d med 5, hvis det er et element i gruppe 6, eller med 10, hvis det er et element i gruppe 11.

Her er et eksempel:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Tilsynelatende ville dette være elektronkonfigurasjonen av sølv (Ag). Imidlertid ser det slik ut når du mister et elektron fra s -banen:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Imidlertid er det unntak fra denne regelen, for eksempel Tungsten (gruppe 6), som sitter igjen med 2 elektroner i s -banen og 4 i d -orbitalen.

Men ikke bekymre deg! De mest typiske (Cr, Cu, Ag og Au) følger denne regelen.

Forstår du det? Vi vil. Det er alt du trenger å vite om elektronkonfigurasjon. La oss gå for kvantetall!

Hvordan få kvantetall

For å få kvantetallene må vi vite hvor mange elektroner som passer i hvert orbitalskall, idet vi tar hensyn til at 2 elektroner får plass i en orbital.

Lag s. Den har bare en bane, så den kan holde to elektroner.

Lag s. Den har 3 orbitaler, så det er plass til 6 elektroner.

Lag d. Den har 5 orbitaler, så den kan holde 10 elektroner.

Lag f. Den har 7 orbitaler, det vil si at den rommer 14 elektroner.

Nå som du forstår at det er 2 elektroner i hver bane, bør du kjenne Hunds regel. Denne regelen sier at når du fyller orbitaler av samme undernivå eller skall, for eksempel p -skallet, fyller elektronene orbitalen i en retning (positiv) og deretter i den andre (negative). Vil du se det med et eksempel?

Hvis vi har 2p⁴, det vil si at 2p -banen med 4 elektroner ikke fylles slik:

Den vil fylle slik ut:

Får du det? Flott, la oss se hvordan vi beregner tallene:

Kvantetall n. Dette tallet sammenfaller med nummeret på det siste nivået i elektronkonfigurasjonen. For eksempel hvis elektronkonfigurasjonen ender på 4s², vil det viktigste kvantetallet være 4.
Kvantum l. Dette tallet avhenger av det siste laget som er fylt.
Lag s -> l = 0
Lag p -> l = 1
Lag d -> l = 2
Lag f -> l = 3
Kvantum m. Tallet m kan være hvilken som helst verdi mellom -l til + l, så det vil avhenge av undernivået der differensialelektronet er, det vil si om det er s, p, d eller f. Hvordan beregne dette tallet er litt mer komplisert, la oss se det med et par tegninger:
Lag s -> Som vi har sett, er l verdt 0, så m kan bare være verdt 0.
Lag p -> L er verdt 1, så m kan være -1, 0 eller 1.

Lag d -> L er 2, så m kan være -2, -1, 0, 1 og 2.

Lag f -> l er verdt 3, så m kan være -3, -2, -1, 0, 1, 2 og 3.

Du vet allerede hvordan orbitalene fylles, så kvantetallet m vil ha verdien av hullet der det siste trukne elektronet er. Husker du dette eksemplet fra før?:

I dette tilfellet vil m være -1, siden i p -skallet (3 orbitaler), hvis det er 4 elektroner, vil den siste som skal fylles være den negative til den første orbitalen.

Kvantetall s. Kvantetallet s kan bare være verdt ½ og -½. Hvis det siste elektronet som er trukket er positivt, det vil si at pilen er opp, vil s være ½. På den annen side, hvis det siste elektronet som har fylt orbitalen er negativt, det vil si at pilen peker ned, vil s være -½.

Øvelser og eksempler

Ja, vi vet allerede at alt dette er mye informasjon, men du vil forstå det bedre med noen eksempler. Her går vi!

1 eksempel

Selen (Se) -> Atomnummer: 34

Vi skriver elektronkonfigurasjonen. Vi skriver elektronkonfigurasjonen i henhold til Moeller -diagrammet, med tanke på at s, p, d og f orbitaler har henholdsvis 2, 6, 10 og 14 elektroner. Vi skriver konfigurasjonen ved å legge til antall elektroner, som er skrevet som en eksponent.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Ettersom 4p -banen ikke fylles, siden elektronene vil legge til 36, legger vi ikke 4p⁶men 4p⁴.

Vi tar ut kvantetallene. For å gjøre dette ser vi på valensen eller differensialelektronet, det vil si det siste elektronet som har fylt orbitalen. I dette tilfellet ser vi på 4p⁴.
- Hovedkvantum. Det siste energinivået som skulle fylles var 4.

n = 4