Kvantové čísla

Podľa atómového modelu Nielsa Bohra sú protóny a neutróny atómu v jadre, zatiaľ čo elektróny sú okolo neho. Aj keď nemôžeme vedieť, kde je elektrón presne, existujú oblasti, kde sa s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza, atómové orbitaly. A ako môžeme určiť tieto orbitály? Veľmi jednoduché, pomocou kvantových čísel.

kvantové čísla

Aké sú kvantové čísla?

Existujú 4 kvantové čísla. Tri z nich nám poskytujú informácie o tom, kde sa nachádza elektrón určitého atómu, to znamená, že nám poskytujú informácie o orbitáli. Na druhej strane, štvrté kvantové číslo nám nehovorí, kde je elektrón, ale ako. Stále v tom nemáte celkom jasno? Ísť na to!

  • Hlavné kvantové číslo (n). Je to posledná energetická hladina, ktorá sa má naplniť a udáva veľkosť orbitálu a teda vzdialenosť medzi jadrom a elektrónom. Prečo? Veľmi ľahké. Čím je orbitál väčší, tým ďalej môže byť elektrón od jadra atómu.
  • Azimutálne alebo sekundárne kvantové číslo l). Uveďte tvar orbitálu.
  • Magnetické kvantové číslo (m). Udáva orientáciu orbitálu.
  • Otáčajte kvantové číslo s). Povedzte, akým spôsobom sa elektrón otáča.

Ľahké nie? Poďme na to dôležité!

Ako sa odvodzujú kvantové čísla

Na získanie kvantových čísel stačí vykonať 2 jednoduché kroky:

  1. Napíšte konfiguráciu elektrónu.
  2. Získajte kvantové čísla z diferenciálneho elektrónu (posledného, ​​ktorý vypĺňa orbitál).

Elektronická konfigurácia

Začneme krokom 1, napíšte konfiguráciu elektrónov. Ako? Existujú dva spôsoby, ako to urobiť, poďme na to!

Moellerov diagram

Táto technika ukazuje poradie plnenia orbitálov podľa nasledujúceho výkresu:

Moellerov diagram

Tento diagram sa riadi princípom Aufbau, ktorý obhajuje, že orbitály vyplňujú rastúce poradie energie, to znamená, že orbitál, ktorý má najmenej energie, sa naplní skôr.

Ak chcete zistiť, ktorý orbitál má viac energie, vykonajte operáciu n + l. Ak táto operácia pre dva rôzne atómy povedie k rovnakému číslu, ten, ktorého číslo n je vyššie, bude mať viac energie. Inými slovami, v prípade nerozhodného výsledku sa najskôr vyplní ten s najnižším číslom n. Pozrime sa na to na príklade:

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

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

Pretože v pravidle n + l je remíza, vyplní 4p skôr, pretože jeho číslo n je nižšie.

Model jadra

Aby ste získali elektronickú konfiguráciu podľa tohto modelu, musíte veľmi dobre poznať periodickú tabuľku. Ak máme v tabuľke atómové číslo a polohu prvku, je to hračka!

model jadra

Táto metóda sa považuje za zjednodušenú, pretože umožňuje, aby ste nemuseli písať celú konfiguráciu elektrónov. Týmto spôsobom môžeme hore do zátvoriek napísať názov prvku vzácneho plynu a potom cestu od tohto vzácneho plynu k príslušnému prvku. Pozrime sa na príklad:Dráhu teda napíšeme s prihliadnutím na číslo periódy (riadok periodickej tabuľky) a „oblasť“ a po napísaní elektronickej konfigurácie extrahujeme kvantové čísla.

Fosfor (P) bude zapísaný z predchádzajúceho vzácneho plynu, to znamená z neónu:

P -> [Ne] 3 s23p3

S touto metódou musíte byť opatrní, pretože zóny d a f sú špeciálne zóny. Počas cesty v zóne d neuvádzame číslo bodky (riadok), ale číslo bodky mínus jeden. To isté sa stane s oblasťou F, nebudeme uvádzať číslo bodky, ale číslo periódy mínus dve. Lepšie to pochopíte na niekoľkých príkladoch:

Poznámka -> [Kr] 5 s14d4

Aj keď je to v období 5, keď sme v zóne d, odpočítame 1.

Nd -> [Xe] 6 s24f14

Aj keď je to v období 6, keď sme v zóne f, odpočítame 2.

Výnimky v elektronickej konfigurácii

Konfigurácia elektrónov má niekoľko špeciálnych aspektov, ktoré, ak si ich nie ste vedomí, môžu viesť k veľkým podávačom hlavy. Nešírte však paniku! Prezradíme vám!

Zóna F

Zóna F sa nachádza v spodnej časti periodickej tabuľky, ale v skutočnosti je „vložená“ do medzery, ktorú vidíme bielou farbou, to znamená medzi prvým a druhým prvkom posledných dvoch radov zóny D.

zóna f

Vidíš to? Z tohto dôvodu niekedy, keď musíme napísať elektronickú konfiguráciu prvku v zóne F, napríklad Nd, budeme musieť vložiť elektrón do zóny D zodpovedajúcej úrovne s odkazom na tento prvok v zóne D, ktorá je pred vstupom do zóny F.

Ce -> [Xe] 6 s25d14f1

Skupina 6 a skupina 11

Prechodné kovy skupiny 6 a 11 majú vo svojich posledných obaloch 4 a 9 elektrónov. Aby bol orbitál s stabilnejší, je excitovaný a stráca elektrón, ktorý prechádza na ďalší orbitál d. Týmto spôsobom zostane orbitálu s elektrón; a d s 5, ak je prvkom skupiny 6, alebo s 10, ak je prvkom skupiny 11.

Tu je príklad:

Ag -> [Kr] 5 s24d9

Podľa všetkého by to bola elektrónová konfigurácia striebra (Ag). Keď však stratíte elektrón z orbitálu, vyzerá to takto:

Ag -> [Kr] 5 s14d10

Existujú však výnimky z tohto pravidla, napríklad Tungsten (skupina 6), ktorému v orbitáli s zostanú 2 elektróny a v orbitáli d 4 elektróny.

Ale nebojte sa! Tí najtypickejší (Cr, Cu, Ag a Au) sa riadia týmto pravidlom.

Máš to? No dobre. To je všetko, čo potrebujete vedieť o konfigurácii elektrónov. Poďme na kvantové čísla!

Ako získať kvantové čísla

Aby sme získali kvantové čísla, musíme vedieť, koľko elektrónov sa zmestí do každého orbitálneho obalu, pričom vezmeme do úvahy, že 2 elektróny sa zmestia do orbitálu.

  • Vrstva s. Má iba jeden orbitál, takže môže pojať 2 elektróny.

mys s

  • Vrstva p. Má 3 orbitály, takže je tam miesto pre 6 elektrónov.

vrstva p

  • Vrstva d. Má 5 orbitálov, takže sa doň zmestí 10 elektrónov.

vrstva d

  • Vrstva f. Má 7 orbitálov, to znamená, že obsahuje 14 elektrónov.

vrstva f

Teraz, keď chápete, že v každom orbitáli sú 2 elektróny, mali by ste poznať Hundovo pravidlo. Toto pravidlo hovorí, že pri plnení orbitálov rovnakého podpovrchu alebo škrupiny, napríklad škrupiny p, elektróny vyplnia orbitál v jednom smere (pozitívny) a potom v druhom (negatívny). Chcete to vidieť na príklade?

Ak máme 2p4to znamená, že orbital 2p so 4 elektrónmi sa nevyplní takto:

príklady kvantové čísla 1

Vyplní sa to takto:

príklady kvantové čísla 2

Chápeš to? Skvelé, pozrime sa, ako vypočítať čísla:

  • Kvantové číslo n. Toto číslo sa zhoduje s číslom poslednej úrovne konfigurácie elektrónov. Ak sa napríklad konfigurácia elektrónov skončí o 4 s2„Hlavné kvantové číslo bude 4.
  • Kvantové číslo l. Tento počet závisí od poslednej vrstvy, ktorá bola vyplnená.
  • Vrstva s -> l = 0
  • Vrstva p -> l = 1
  • Vrstva d -> l = 2
  • Vrstva f -> l = 3
  • Kvantové číslo m. Číslo m môže byť ľubovoľná hodnota od -l do + l, takže bude závisieť od podúrovne, v ktorej je diferenciálny elektrón, to znamená, ak je s, p, d alebo f. Ako vypočítať toto číslo je o niečo komplikovanejšie, pozrime sa na to pomocou niekoľkých výkresov:
  • Vrstva s -> Ako sme videli, l má hodnotu 0, takže m môže mať hodnotu iba 0.
  • Vrstva p -> L má hodnotu 1, takže m môže byť -1, 0 alebo 1.

príklady kvantové čísla 3

  • Vrstva d -> L je 2, takže m môže byť -2, -1, 0, 1 a 2.

príklady kvantové čísla 4

  • Vrstva f -> l má hodnotu 3, takže m môže byť -3, -2, -1, 0, 1, 2 a 3.

príklady kvantové čísla 5

Už viete, ako sú orbitaly vyplnené, takže kvantové číslo m bude mať hodnotu otvoru, v ktorom je posledný nakreslený elektrón. Pamätáte si tento príklad z minulosti?:

príklady kvantové čísla 6

V tomto prípade bude m -1, pretože v škrupine p (3 orbitály), ak existujú 4 elektróny, posledný vyplnený by bol negatív prvého orbitálu.

  • Kvantové číslo s. Kvantové číslo s môže mať hodnotu iba pol a pol. Ak je posledný nakreslený elektrón kladný, to znamená, že šípka je hore, s bude ½. Na druhej strane, ak je posledný elektrón, ktorý vyplní orbitál, záporný, to znamená, že so šípkou nadol bude s s -½.

Cvičenia a príklady

Áno, už vieme, že toto všetko je veľa informácií, ale s niekoľkými príkladmi to lepšie pochopíte. Ideme na to!

Príklad 1

Selén (Se) -> Atómové číslo: 34

  1. Zapíšeme konfiguráciu elektrónov. Elektrónovú konfiguráciu píšeme podľa Moellerovho diagramu, pričom berieme do úvahy, že orbitaly s, p, d a f majú 2, 6, 10 a 14 elektrónov. Konfiguráciu píšeme sčítaním počtu elektrónov, ktorý je zapísaný ako exponent.

1s22s22p63s23p64s23d104p4

Pretože orbitál 4p sa nevyplňuje, pretože elektrónov by sa zišlo až 36, nedáme 4p6ale 4 p4.

  1. Vyberáme kvantové čísla. Za týmto účelom sa pozrieme na valenčný alebo diferenciálny elektrón, to znamená na posledný elektrón, ktorý naplnil orbitál. V tomto prípade sa pozrieme na 4p4.
    • Hlavné kvantové číslo. Posledná hladina energie, ktorú bolo potrebné naplniť, bola 4.

n = 4

  • Sekundárne kvantové číslo. Posledným pod úrovňou energie, ktorý mal byť vyplnený, bol orbitál.

l = 1

  • Magnetické kvantové číslo. Ak kreslíme elektróny, posledný na vyplnenie bude prvý orbitál obalu p.

príklady kvantové čísla 7

m = -1

  • Otáčajte kvantové číslo. Posledný elektrón, ktorý obsadil orbitál p, má šípku nadol.

s = -½

Príklad 2

Zlato (Au) -> [Xe] 6 s14f145d10

  • Hlavné kvantové číslo -> n = 5
  • Sekundárne kvantové číslo -> l = 2
  • Magnetické kvantové číslo -> m = 2
  • Otáčajte kvantové číslo -> s = -½

A to je všetko! Teraz ste na rade, mohli by ste urobiť konfiguráciu elektrónov a získať kvantové čísla nasledujúcich prvkov?:

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

zanechať komentár