Số lượng tử

Theo mô hình nguyên tử của Niels Bohr, các proton và neutron của một nguyên tử nằm trong hạt nhân, trong khi các electron ở xung quanh nó. Mặc dù chúng ta không thể biết chính xác vị trí của một electron, nhưng có những khu vực mà nó có nhiều khả năng được tìm thấy nhất, các obitan nguyên tử. Và làm thế nào chúng ta có thể xác định các quỹ đạo đó? Rất đơn giản, sử dụng số lượng tử.

Số lượng tử

Các số lượng tử là gì?

Có 4 số lượng tử. Ba trong số chúng cung cấp cho chúng ta thông tin về vị trí của một electron của một nguyên tử nào đó, tức là chúng cung cấp cho chúng ta thông tin về quỹ đạo. Mặt khác, số lượng tử thứ tư không cho chúng ta biết electron ở đâu, mà là như thế nào. Bạn vẫn chưa rõ lắm về điều này? Cứ liều thử đi!

  • Số lượng tử chính (n). Nó là mức năng lượng cuối cùng để lấp đầy và cho biết kích thước của quỹ đạo và do đó là khoảng cách giữa hạt nhân và electron. Tại sao? Rất dễ. Quỹ đạo càng lớn thì êlectron càng có thể ở xa hạt nhân nguyên tử.
  • Azimuthal hoặc số lượng tử phụ (l). Cho biết hình dạng của quỹ đạo.
  • Số lượng tử từ tính (NS). Cho biết định hướng của quỹ đạo.
  • Spin số lượng tử (NS). Cho biết êlectron quay theo chiều nào.

Dễ dàng phải không? Hãy đi với điều quan trọng!

Các số lượng tử có nguồn gốc như thế nào

Để có được các số lượng tử, bạn chỉ cần làm theo 2 bước đơn giản:

  1. Viết cấu hình electron.
  2. Nhận các số lượng tử từ electron vi phân (electron cuối cùng lấp đầy quỹ đạo).

Cấu hình điện tử

Chúng ta bắt đầu với bước 1, viết cấu hình electron. Thế nào? Có hai phương pháp để làm điều đó, chúng ta hãy bắt đầu!

Sơ đồ Moeller

Kỹ thuật này cho biết thứ tự lấp đầy của các obitan thông qua hình vẽ sau:

sơ đồ moeller

Sơ đồ này được điều chỉnh bởi nguyên lý Aufbau, nguyên lý này bảo vệ rằng các quỹ đạo lấp đầy năng lượng theo thứ tự tăng dần, tức là, quỹ đạo có ít năng lượng nhất sẽ lấp đầy sớm hơn.

Để biết quỹ đạo nào có nhiều năng lượng hơn, hãy thực hiện phép toán n + l. Nếu phép toán này đối với hai nguyên tử khác nhau cho cùng một số thì nguyên tử nào có số n cao hơn sẽ có nhiều năng lượng hơn. Nói cách khác, trong trường hợp hòa, người có số n thấp nhất sẽ được điền trước. Hãy xem nó với một ví dụ:

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

5 giây: n + l -> 5 + 0 = 5

Vì có một ràng buộc trong quy tắc n + l, nó điền sớm hơn 4p vì số n của nó thấp hơn.

Mô hình hạt nhân

Để có được cấu hình điện tử theo mô hình này, bạn phải biết rất rõ về bảng tuần hoàn. Nếu chúng ta có số nguyên tử và vị trí của nguyên tố trong bảng, đó là một miếng bánh!

mô hình hạt nhân

Phương pháp này được coi là một phương pháp đơn giản hóa vì nó cho phép không cần phải viết cấu hình electron đầy đủ. Bằng cách này, chúng ta có thể viết tên của nguyên tố khí cao quý ở trên trong ngoặc đơn, và sau đó là đường đi từ khí quý đó đến nguyên tố được đề cập. Hãy xem một ví dụ:Vì vậy, chúng ta sẽ viết quỹ đạo có tính đến số của chu kỳ (hàng của bảng tuần hoàn) và "khu vực", và khi cấu hình điện tử được viết, chúng ta sẽ trích xuất các số lượng tử.

Phosphor (P) sẽ được viết từ khí quý trước đó, tức là Neon:

P -> [Ne] 3 giây23p3

Tất nhiên, bạn phải cẩn thận với phương pháp này, vì vùng d và f là các vùng đặc biệt. Khi chúng ta thực hiện hành trình, trong vùng d, chúng ta sẽ không đặt số của dấu chấm (hàng), mà là số của dấu chấm trừ đi một. Điều tương tự cũng xảy ra với khu vực F, chúng ta sẽ không đặt số của dấu chấm, mà là số của dấu chấm trừ đi hai. Bạn sẽ hiểu nó tốt hơn với một vài ví dụ:

Nb -> [Kr] 5 giây14d4

Mặc dù đang ở tiết 5 nhưng khi chúng ta ở vùng d, chúng ta trừ đi 1.

Nd -> [Xe] 6 giây24f14

Mặc dù đang ở tiết 6, nhưng khi chúng ta ở trong vùng f, chúng ta sẽ trừ đi 2.

Các trường hợp ngoại lệ trong cấu hình điện tử

Cấu hình electron có một vài khía cạnh đặc biệt mà nếu bạn không biết về chúng, có thể dẫn đến các bộ nạp đầu lớn. Nhưng không lây lan hoảng sợ! Chúng tôi sẽ cho bạn biết!

Khu F

Vùng F xuất hiện ở cuối bảng tuần hoàn, nhưng thực sự được "nhúng" vào khoảng trống mà chúng ta thấy có màu trắng, tức là giữa nguyên tố đầu tiên và thứ hai của hai hàng cuối cùng của vùng D.

khu f

Bạn thấy nó? Do đó, đôi khi, khi chúng ta phải viết cấu hình điện tử của một nguyên tố trong vùng F, ví dụ, Nd, chúng ta sẽ phải đặt một electron trong vùng D của mức tương ứng để tham chiếu đến nguyên tố đó trong vùng D trước khi nhập khu F.

Ce -> [Xe] 6 giây25d14f1

Nhóm 6 và Nhóm 11

Các kim loại chuyển tiếp nhóm 6 và nhóm 11 lần lượt có 4 và 9 electron ở lớp vỏ cuối cùng của chúng. Do đó, để trở thành một nguyên tố ổn định hơn, quỹ đạo s trở nên bị kích thích và mất một điện tử, electron này sẽ chuyển sang quỹ đạo tiếp theo, quỹ đạo d. Theo cách này, quỹ đạo s sẽ còn lại một điện tử; và d với 5, nếu nó là một phần tử của nhóm 6 hoặc với 10, nếu nó là một phần tử của nhóm 11.

Đây là một ví dụ:

Ag -> [Kr] 5 giây24d9

Rõ ràng, đây sẽ là cấu hình electron của bạc (Ag). Tuy nhiên, khi mất một electron khỏi quỹ đạo s, nó trông như thế này:

Ag -> [Kr] 5 giây14d10

Tuy nhiên, vẫn có những ngoại lệ đối với quy tắc này, chẳng hạn như Vonfram (nhóm 6), được để lại 2 electron ở obitan s và 4 electron ở obitan d.

Nhưng đừng lo lắng! Những chất tiêu biểu nhất (Cr, Cu, Ag và Au) tuân theo quy tắc này.

Bạn hiểu không? Tốt. Đó là tất cả những gì bạn cần biết về cấu hình electron. Hãy đi tìm số lượng tử!

Cách lấy số lượng tử

Để có được các số lượng tử, chúng ta phải biết có bao nhiêu electron phù hợp trong mỗi vỏ quỹ đạo, tính rằng 2 electron phù hợp trong một quỹ đạo.

  • Lớp s. Nó chỉ có một quỹ đạo, vì vậy nó có thể chứa 2 electron.

áo choàng s

  • Lớp p. Nó có 3 obitan, vì vậy có đủ chỗ cho 6 electron.

lớp p

  • Lớp d. Nó có 5 obitan, vì vậy nó có thể phù hợp với 10 electron.

lớp d

  • Lớp f. Nó có 7 obitan, tức là nó chứa 14 electron.

lớp f

Bây giờ bạn đã hiểu rằng có 2 electron trong mỗi quỹ đạo, bạn nên biết quy tắc Hund. Quy tắc này nói rằng khi lấp đầy các obitan của cùng một tầng hoặc lớp vỏ, ví dụ, lớp vỏ p, các electron lấp đầy quỹ đạo theo một hướng (dương) và sau đó theo hướng khác (âm). Bạn có muốn xem nó với một ví dụ?

Nếu chúng ta có 2p4, nghĩa là, quỹ đạo 2p với 4 điện tử, sẽ không lấp đầy như thế này:

ví dụ số lượng tử 1

Nó sẽ điền như thế này:

ví dụ số lượng tử 2

Bạn có nhận được nó không? Tuyệt vời, chúng ta hãy xem cách tính toán các con số:

  • Số lượng tử n. Số này trùng với số bậc cuối cùng của cấu hình electron. Ví dụ, nếu cấu hình electron kết thúc sau 4s2, số lượng tử chính sẽ là 4.
  • Số lượng tử l. Con số này phụ thuộc vào lớp cuối cùng đã được lấp đầy.
  • Lớp s -> l = 0
  • Lớp p -> l = 1
  • Lớp d -> l = 2
  • Lớp f -> l = 3
  • Số lượng tử m. Số m có thể là bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ -l đến + l, vì vậy nó sẽ phụ thuộc vào cấp độ phân chia lại trong đó electron vi phân, tức là nó là s, p, d hay f. Cách tính con số này phức tạp hơn một chút, hãy cùng xem qua một vài hình vẽ:
  • Lớp s -> Như chúng ta đã thấy, l có giá trị 0, vì vậy m chỉ có thể có giá trị 0.
  • Lớp p -> Giá trị l là 1, do đó m có thể là -1, 0 hoặc 1.

ví dụ số lượng tử 3

  • Lớp d -> l là 2, vì vậy m có thể là -2, -1, 0, 1 và 2.

ví dụ số lượng tử 4

  • Lớp f -> l có giá trị là 3, do đó m có thể là -3, -2, -1, 0, 1, 2 và 3.

ví dụ số lượng tử 5

Bạn đã biết các obitan được lấp đầy như thế nào, vì vậy số lượng tử m sẽ có giá trị là lỗ trống nơi electron được vẽ cuối cùng. Bạn có nhớ ví dụ này từ trước không ?:

ví dụ số lượng tử 6

Trong trường hợp này, m sẽ là -1, vì trong lớp vỏ p (3 obitan), nếu có 4 electron, thì electron cuối cùng lấp đầy sẽ là âm của obitan đầu tiên.

  • Số lượng tử. Số lượng tử s chỉ có thể có giá trị ½ và -½. Nếu electron cuối cùng được rút ra là dương, nghĩa là, mũi tên hướng lên, s sẽ là ½. Mặt khác, nếu electron cuối cùng lấp đầy quỹ đạo là âm, nghĩa là với mũi tên hướng xuống, s sẽ là -½.

Bài tập và ví dụ

Vâng, chúng tôi đã biết rằng tất cả những điều này là rất nhiều thông tin, nhưng bạn sẽ hiểu rõ hơn với một số ví dụ. Bắt đầu!

Ví dụ 1

Selen (Se) -> Số nguyên tử: 34

  1. Chúng tôi viết cấu hình electron. Chúng ta đang viết cấu hình electron theo sơ đồ Moeller, có tính đến rằng các obitan s, p, d và f lần lượt có 2, 6, 10 và 14 electron. Chúng tôi đang viết cấu hình bằng cách cộng số electron, được viết dưới dạng số mũ.

1s22s22p63s23p64s23d104p4

Vì quỹ đạo 4p không lấp đầy, vì các điện tử sẽ thêm vào 36, chúng tôi không đặt 4p6nhưng 4p4.

  1. Chúng tôi lấy ra các số lượng tử. Để làm điều này, chúng ta nhìn vào điện tử hóa trị hoặc điện tử vi phân, nghĩa là, điện tử cuối cùng đã lấp đầy quỹ đạo. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ xem xét 4p4.
    • Số lượng tử chính. Mức năng lượng cuối cùng để lấp đầy là 4.

n = 4

  • Số lượng tử thứ cấp. Mức năng lượng cuối cùng cần lấp đầy là quỹ đạo p.

l = 1

  • Số lượng tử từ tính. Nếu chúng ta đang vẽ các electron, thì quỹ đạo cuối cùng được lấp đầy sẽ là quỹ đạo đầu tiên của lớp vỏ p.

ví dụ số lượng tử 7

m = -1

  • Spin số lượng tử. Electron cuối cùng chiếm giữ obitan p có hình mũi tên hướng xuống.

s = -½

Ví dụ 2

Vàng (Au) -> [Xe] 6s14f145d10

  • Số lượng tử chính -> n = 5
  • Số lượng tử thứ cấp -> l = 2
  • Số lượng tử từ tính -> m = 2
  • Spin số lượng tử -> s = -½

Và đó là tất cả! Bây giờ đến lượt bạn, bạn có thể thực hiện cấu hình electron và nhận số lượng tử của các nguyên tố sau không ?:

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

Để lại một bình luận