Квантни бројеви: шта су, вежбе и примери

Према атомском моделу Ниелс Бохра, протони и неутрони атома налазе се у језгру, док су електрони око њега. Иако не можемо знати где се електрон тачно налази, постоје области у којима ће се највероватније наћи, атомске орбитале. И како можемо одредити те орбитале? Врло једноставно, користећи квантне бројеве.

Шта су квантни бројеви?

Постоје 4 квантна броја. Три од њих нам дају информације о томе где се налази електрон одређеног атома, односно дају нам податке о орбити. С друге стране, четврти квантни број нам не говори где је електрон, већ како. Још вам није јасно око овога? Само напред!

Главни квантни број (н). То је последњи ниво енергије који се попуњава и показује величину орбите, а тиме и растојање између језгра и електрона. Зашто? Веома лако. Што је већа орбитала, електрон може бити даље од језгра атома.
Азимутни или секундарни квантни број (л). Означите облик орбите.
Магнетски квантни број (м). Означава оријентацију орбите.
Спин квантни број (с). Реците у ком смеру се електрон ротира.

Лако зар не? Идемо на оно важно!

Како се изводе квантни бројеви

Да бисте добили квантне бројеве, морате само следити 2 једноставна корака:

Напишите електронску конфигурацију.
Добијте квантне бројеве из диференцијалног електрона (последњег који испуњава орбиталу).

Електронска конфигурација

Почињемо са кораком 1, записујемо електронску конфигурацију. Како? Постоје два начина да то учините, идемо до тога!

Моеллеров дијаграм

Ова техника указује на редослед попуњавања орбитала путем следећег цртежа:

Овим дијаграмом управља Ауфбауов принцип, који брани да орбитале попуњавају растућим редоследом енергије, односно да ће се орбитала која има најмање енергије напунити раније.

Да бисте сазнали која орбитала има више енергије, изведите операцију н + л. Ако ова операција за два различита атома резултира истим бројем, онај чији је број н већи имаће више енергије. Другим речима, у случају нерешеног резултата прво се попуњава онај са најмањим бројем н. Погледајмо то на примеру:

4п: н + л -> 4 + 1 = 5

5с: н + л -> 5 + 0 = 5

Пошто постоји правило у н + л правилу, оно попуњава 4п раније јер је његов број н мањи.

Модел језгра

Да бисте добили електронску конфигурацију по овом моделу, морате врло добро познавати периодни систем. Ако у табели имамо атомски број и положај елемента, то је само део колача!

Ова метода се сматра поједностављеном методом јер дозвољава да се не мора писати комплетна конфигурација електрона. На овај начин горе у заградама можемо уписати назив елемента племенитог гаса, а затим пут од тог племенитог гаса до дотичног елемента. Погледајмо пример:Тако ћемо записати путању узимајући у обзир број периода (ред периодног система) и "подручје" и, након што је електронска конфигурација записана, издвојићемо квантне бројеве.

Фосфор (П) ће бити написан из претходног племенитог гаса, односно Неона:

П -> [Не] 3с²3p³

Наравно, морате бити опрезни са овом методом, јер су зоне д и ф посебне зоне. Док путујемо, у зону д нећемо ставити број периода (реда), већ број периода минус један. Исто се дешава и са површином Ф, нећемо ставити број периода, већ број периода минус два. Боље ћете то разумети са неколико примера:

Нб -> [Кр] 5с¹4d⁴

Иако је то у периоду 5, када смо у зони д, одузимамо 1.

Нд -> [Ксе] 6с²4f¹⁴

Иако је у периоду 6, када смо у зони ф, одузимамо 2.

Изузеци у електронској конфигурацији

Конфигурација електрона има неколико посебних аспеката који, ако их нисте свјесни, могу довести до великих додавача главе. Али немојте ширити панику! Рећи ћемо вам!

Зона Ф.

Зона Ф се појављује на дну периодног система, али је заправо „уграђена“ у јаз који видимо белом бојом, односно између првог и другог елемента последња два реда зоне Д.

Видиш? Стога ћемо понекад, када морамо да напишемо електронску конфигурацију елемента у зони Ф, на пример, Нд, морати да ставимо електрон у зону Д одговарајућег нивоа у односу на тај елемент у зони Д који је пре уласка зона Ф.

Це -> [Ксе] 6с²5d¹4f¹

Група 6 и Група 11

Прелазни метали групе 6 и групе 11 имају 4 и 9 електрона у последњим љускама. Због тога, да би био стабилнији елемент, с орбитала се побуђује и губи електрон, који прелази на следећу орбиту, д. На овај начин ће с орбитали остати електрон; и д са 5, ако је елемент групе 6, или са 10, ако је елемент групе 11.

Ево примера:

Аг -> [Кр] 5с²4d⁹

Очигледно, ово би била електронска конфигурација сребра (Аг). Међутим, при губитку електрона из орбите, то изгледа овако:

Аг -> [Кр] 5с¹4d¹⁰

Међутим, постоје изузеци од овог правила, попут волфрама (група 6), који има 2 електрона у с орбиталу и 4 у д орбиталу.

Али не брините! Најтипичнији (Цр, Цу, Аг и Ау) следе ово правило.

Схватате ли? Добро. То је све што требате знати о конфигурацији електрона. Идемо на квантне бројеве!

Како доћи до квантних бројева

Да бисмо добили квантне бројеве, морамо знати колико електрона стане у сваку орбиталну љуску, узимајући у обзир да се 2 електрона уклапају у орбиталу.

Слој с. Има само једну орбиталу, тако да може држати 2 електрона.

Слој стр. Има 3 орбитале, тако да има места за 6 електрона.

Слој д. Има 5 орбитала, тако да може стати 10 електрона.

Слој ф. Има 7 орбитала, односно држи 14 електрона.

Сада када схватате да у свакој орбити постоје 2 електрона, требало би да знате Хундово правило. Ово правило каже да при пуњењу орбитала истог поднивоа или љуске, на пример, п љуске, електрони испуњавају орбиталу у једном (позитивном), а затим у другом (негативном) смеру. Да ли желите да видите то са примером?

Ако имамо 2п⁴, то јест, 2п орбитала са 4 електрона, неће се испунити овако:

Испуниће се овако:

Схватате ли? Одлично! Хајде да видимо како израчунати бројеве:

Квантни број н. Овај број се поклапа са бројем последњег нивоа конфигурације електрона. На пример, ако се конфигурација електрона заврши за 4с², главни квантни број ће бити 4.
Квантни број л. Овај број зависи од последњег слоја који је испуњен.
Слој с -> л = 0
Слој п -> л = 1
Слој д -> л = 2
Слој ф -> л = 3
Квантни број м. Број м може бити било која вредност између -л до + л, па ће зависити од поднивоа у коме се налази диференцијални електрон, односно од тога да ли је то с, п, д или ф. Како је израчунати овај број је мало компликованије, хајде да то видимо са неколико цртежа:
Слој с -> Као што смо видели, л вреди 0, па м може да вреди само 0.
Слој п -> л вреди 1, па м може бити -1, 0 или 1.

Слој д -> л је 2, па би м могло бити -2, -1, 0, 1 и 2.

Слој ф -> л вреди 3, па м може бити -3, -2, -1, 0, 1, 2 и 3.

Већ знате како су орбите испуњене, па ће квантни број м имати вредност рупе у којој се налази последњи извучени електрон. Сећате ли се овог примера од раније?:

У овом случају, м ће бити -1, јер би у љусци п (3 орбитале), ако постоје 4 електрона, последњи који би се испунио био негатив прве орбите.

Квантни број с. Квантни број с може да вреди само ½ и ½. Ако је последњи извучени електрон позитиван, то јест, стрелица је нагоре, с ће бити ½. С друге стране, ако је последњи електрон који је испунио орбиту негативан, то јест са стрелицом окренутом надоле, с ће бити -½.

Вежбе и примери

Да, већ знамо да је све ово пуно информација, али ћете то боље разумети неким примерима. Идемо!

Пример КСНУМКС

Селен (Се) -> Атомски број: 34

Пишемо конфигурацију електрона. Конфигурацију електрона пишемо према Моеллеровом дијаграму, узимајући у обзир да с, п, д и ф орбитале имају 2, 6, 10 и 14 електрона. Конфигурацију пишемо додавањем броја електрона који је записан као експонент.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Како се 4п орбитала не пуни, пошто би се електрони збрајали до 36, не стављамо 4п⁶али 4п⁴.

Извадимо квантне бројеве. Да бисмо то урадили, гледамо валентни или диференцијални електрон, односно последњи електрон који је испунио орбиталу. У овом случају, погледаћемо 4п⁴.
- Главни квантни број. Последњи ниво енергије који је требало напунити био је 4.

н = 4