Liczby kwantowe i orbitale elektronowe

Chemia to głównie badanie interakcji elektronów między atomami i cząsteczkami. Zrozumienie zachowania elektronów w atomie, takich jak Zasada Aufbau, jest ważną częścią zrozumienia reakcje chemiczne. Wczesne teorie atomowe wykorzystał ideę, że elektron atomu podlega tym samym zasadom, co mini układ słoneczny, w którym planety były elektronami krążącymi wokół centralnego protonowego słońca. Siły przyciągania elektrycznego są znacznie silniejsze niż siły grawitacji, ale zachowują te same podstawowe odwrotne reguły kwadratowe dotyczące odległości. Wczesne obserwacje wykazały, że elektrony poruszają się bardziej jak chmura otaczająca jądro niż pojedyncza planeta. Kształt chmury lub orbity zależał od ilości energii, moment pędu i moment magnetyczny pojedynczego elektronu. Właściwości atomu konfiguracja elektronów są opisane przez cztery liczby kwantowe: n, ℓ, m, i s.

Pierwszy to poziom energii Liczba kwantowa, n. Na orbicie orbity o niższej energii są blisko źródła przyciągania. Im więcej energii oddajesz ciału na orbicie, tym dalej idzie ono na zewnątrz. Jeśli dasz ciału wystarczającą energię, całkowicie opuści system. To samo dotyczy orbitalu elektronowego. Wyższe wartości

The druga liczba kwantowa to kątowa liczba kwantowa, ℓ. Każda wartość n ma wiele wartości ℓ w zakresie od 0 do (n-1). Ta liczba kwantowa określa „kształt” Chmura elektronowa. W chemii są nazwy dla każdej wartości ℓ. Pierwsza wartość, ℓ = 0, nazywa się orbitą s. s orbitale są kuliste, wyśrodkowane na jądrze. Drugi, ℓ = 1, nazywa się oczodołem. Orbitale p są zwykle biegunowe i tworzą kształt płatka łezki skierowany w stronę jądra. ℓ = 2 orbital nazywa się d orbital. Te orbitale są podobne do kształtu orbitalnego, ale mają więcej „płatków” jak koniczyna. Mogą również mieć kształty pierścienia wokół podstawy płatków. Nazywa się następny orbital, ℓ = 3 orbital. Te orbitale wydają się wyglądać podobnie do orbitali d, ale z jeszcze większą liczbą „płatków”. Wyższe wartości ℓ mają nazwy występujące w kolejności alfabetycznej.

Trzecia liczba kwantowa to magnetyczna liczba kwantowa, m. Liczby te zostały po raz pierwszy odkryte w spektroskopii, gdy elementy gazowe zostały wystawione na działanie pola magnetycznego. Linia widmowa odpowiadająca określonej orbicie podzieliłaby się na wiele linii, gdy pole magnetyczne zostałoby wprowadzone w poprzek gazu. Liczba linii podziału byłaby powiązana z kątową liczbą kwantową. Zależność ta pokazuje dla każdej wartości ℓ odpowiadający jej zestaw wartości m znaleziono od -ℓ do ℓ. Liczba ta określa orientację orbity w przestrzeni. Na przykład, p orbitale odpowiadają ℓ = 1, mogą mieć m wartości -1,0,1. Oznaczałoby to trzy różne orientacje w przestrzeni dla bliźniaczych płatków o kształcie orbitalnym. Zazwyczaj są one zdefiniowane jako p_x, p_y, p_z do reprezentowania osi, z którymi się wyrównują.

Czwarta liczba kwantowa to spinowy kwant numer, s. Istnieją tylko dwie wartości dla s, + ½ i -½. Są one również określane jako „spin up” i „spin down”. Liczba ta służy do wyjaśnienia zachowania poszczególnych elektronów, tak jakby wirowały one w prawo lub w lewo. Ważną częścią orbitali jest fakt, że każda wartość m ma dwa elektrony i potrzebował sposobu ich odróżnienia.

Te cztery liczby n, ℓ, m, i s może być użyty do opisania elektronu w stabilnym atomie. Liczby kwantowe każdego elektronu są unikalne i nie mogą być dzielone przez inny elektron w tym atomie. Ta właściwość nosi nazwę Zasada wykluczenia Pauliego. Stabilny atom ma tyle elektronów, co protonów. Reguły, którymi kierują się elektrony, aby zorientować się wokół swojego atomu, są proste, gdy zrozumie się reguły rządzące liczbami kwantowymi.

• n może mieć wartości liczb całkowitych: 1, 2, 3, ...
• Dla każdej wartości n, ℓ może mieć wartości całkowite od 0 do (n-1)
• m może mieć dowolną wartość całkowitą, w tym zero, od -ℓ do + ℓ
• s może być + ½ lub -½