Квантови числа: какви са те, упражнения и примери

започване » Култура » Квантови числа

Според атомния модел на Нилс Бор, протоните и неутроните на един атом са в ядрото, докато електроните са около него. Въпреки че не можем да знаем къде точно се намира електрон, има области, където е най -вероятно да се намери, атомните орбитали. И как можем да определим тези орбитали? Много просто, като се използват квантови числа.

Какви са квантовите числа?

Има 4 квантови числа. Три от тях ни дават информация за това къде се намира електрон на определен атом, тоест те ни дават информация за орбиталата. От друга страна, четвъртото квантово число не ни казва къде е електронът, а как. Още ли не сте много наясно по този въпрос? Направи го!

Основно квантово число (н). Това е последното енергийно ниво за запълване и показва размера на орбитата и следователно разстоянието между ядрото и електрона. Защо? Много лесно. Колкото по -голяма е орбиталата, толкова по -далеч може да бъде електронът от ядрото на атома.
Азимутално или вторично квантово число (л). Посочете формата на орбитата.
Магнитно квантово число (м). Показва ориентацията на орбитата.
Спин квантово число (с). Кажете по какъв начин се върти електронът.

Лесно нали? Да продължим с важното!

Как се получават квантовите числа

За да получите квантовите числа, просто трябва да изпълните 2 прости стъпки:

Напишете електронната конфигурация.
Вземете квантовите числа от диференциалния електрон (последният, който запълва орбитата).

Електронна конфигурация

Започваме със стъпка 1, пишем електронната конфигурация. Как? Има два метода да го направите, нека да стигнем до него!

Диаграма на Moeller

Тази техника показва реда на запълване на орбитали чрез следния чертеж:

Тази диаграма се управлява от принципа на Aufbau, който защитава, че орбитали запълват в нарастващ ред на енергията, тоест орбиталата, която има най -малко енергия, ще се запълни по -рано.

За да разберете коя орбитала има повече енергия, изпълнете операцията n + l. Ако тази операция за два различни атома доведе до едно и също число, този, чието число n е по -голямо, ще има повече енергия. С други думи, при равенство първо се попълва този с най -малкото число n. Нека го разгледаме с пример:

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

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

Тъй като има равенство в правилото n + l, то запълва 4p по -рано, защото неговият номер n е по -малък.

Модел на ядрото

За да получите електронната конфигурация, следваща този модел, трябва много добре да знаете периодичната таблица. Ако имаме атомния номер и позицията на елемента в таблицата, това е парче торта!

Този метод се счита за опростен метод, тъй като позволява да не се налага да се пише пълната електронна конфигурация. По този начин можем да напишем името на елемента благороден газ по -горе в скоби, а след това пътя от този благороден газ до въпросния елемент. Нека видим пример:По този начин ще напишем траекторията, като вземем предвид номера на периода (ред от периодичната таблица) и "зоната" и след като електронната конфигурация бъде записана, ще извлечем квантовите числа.

Фосфорът (P) ще бъде записан от предишния благороден газ, тоест неона:

P -> [Ne] 3s²3p³

Разбира се, трябва да бъдете внимателни с този метод, тъй като зони d и f са специални зони. Докато пътуваме, в зона d няма да поставим номера на периода (ред), а номера на периода минус едно. Същото се случва и с област F, няма да поставим номера на периода, а номера на периода минус две. Ще го разберете по -добре с няколко примера:

Nb -> [Kr] 5s¹4d⁴

Въпреки че е в период 5, когато сме в зона d, изваждаме 1.

Nd -> [Xe] 6s²4f¹⁴

Въпреки че е в период 6, когато сме в зона f, изваждаме 2.

Изключения в електронната конфигурация

Електронната конфигурация има няколко специални аспекта, които, ако не сте наясно с тях, могат да доведат до големи захранващи устройства за глава. Но не разпространявайте паника! Ще ви кажем!

Зона F

Зона F се появява в долната част на периодичната таблица, но всъщност е „вградена“ в празнината, която виждаме в бяло, тоест между първия и втория елемент от последните два реда на зона D.

Виждаш го? Поради тази причина понякога, когато трябва да напишем електронната конфигурация на елемент в зона F, например Nd, ще трябва да поставим електрон в зона D на съответното ниво по отношение на този елемент в зона D, т.е. преди влизане в зона F.

Ce -> [Xe] 6s²5d¹4f¹

Група 6 и Група 11

Преходните метали от група 6 и група 11 имат съответно 4 и 9 електрона в последните си обвивки. Следователно, за да бъде по -стабилен елемент, s орбиталата се възбужда и губи електрон, който преминава към следващата орбитала, d. По този начин s орбиталата ще остане с електрон; и d с 5, ако е елемент от група 6, или с 10, ако е елемент от група 11.

Ето един пример:

Ag -> [Kr] 5s²4d⁹

Очевидно това ще бъде електронната конфигурация на сребро (Ag). Въпреки това, когато губите електрон от орбитата на s, това изглежда така:

Ag -> [Kr] 5s¹4d¹⁰

Има обаче изключения от това правило, като волфрам (група 6), който е оставен с 2 електрона в s орбиталата и 4 в d орбиталата.

Но не се притеснявайте! Най -типичните (Cr, Cu, Ag и Au) наистина следват това правило.

Схващаш ли? Добре. Това е всичко, което трябва да знаете за електронната конфигурация. Да отидем за квантовите числа!

Как да получите квантови числа

За да получим квантовите числа, трябва да знаем колко електрона се побира във всяка орбитална обвивка, като се има предвид, че 2 електрона се вписват в орбитала.

Слой s. Той има само една орбитала, така че може да побере 2 електрона.

Слой стр. Той има 3 орбитали, така че има място за 6 електрона.

Слой d. Той има 5 орбитали, така че може да побере 10 електрона.

Слой f. Той има 7 орбитали, тоест задържа 14 електрона.

Сега, когато разбирате, че във всяка орбитала има 2 електрона, трябва да знаете правилото на Хунд. Това правило казва, че при запълване на орбитали от един и същ подниво или обвивка, например р обвивката, електроните запълват орбиталата в едната посока (положителна) и след това в другата (отрицателна). Искате ли да го видите с пример?

Ако имаме 2p⁴, тоест 2р орбиталата с 4 електрона няма да се запълни така:

Ще се попълни така:

Получавате ли го? Чудесно, нека видим как да изчислим числата:

Квантово число n. Това число съвпада с номера на последното ниво на електронната конфигурация. Например, ако електронната конфигурация завършва на 4s², основното квантово число ще бъде 4.
Квантово число l. Това число зависи от последния слой, който е запълнен.
Слой s -> l = 0
Слой p -> l = 1
Слой d -> l = 2
Слой f -> l = 3
Квантово число m. Числото m може да бъде всяка стойност между -l до + l, така че ще зависи от поднивото, в което е диференциалният електрон, тоест от това дали е s, p, d или f. Как да се изчисли това число е малко по -сложно, нека го видим с няколко чертежа:
Слой s -> Както видяхме, l струва 0, така че m може да струва само 0.
Слой p -> l струва 1, така че m може да бъде -1, 0 или 1.

Слой d -> l е 2, така че m може да бъде -2, -1, 0, 1 и 2.

Слой f -> l струва 3, така че m може да бъде -3, -2, -1, 0, 1, 2 и 3.

Вече знаете как са запълнени орбитали, така че квантовото число m ще има стойността на дупката, където е последният изтеглен електрон. Помните ли този пример от преди?:

В този случай m ще бъде -1, тъй като в черупката p (3 орбитали), ако има 4 електрона, последният за запълване ще бъде отрицателният на първата орбитала.

Квантово число s. Квантовото число s може да струва само ½ и ½. Ако последният изтеглен електрон е положителен, тоест стрелката е нагоре, s ще бъде ½. От друга страна, ако последният електрон за запълване на орбиталата е отрицателен, тоест със стрелката надолу, s ще бъде -½.

Упражнения и примери

Да, вече знаем, че всичко това е много информация, но ще го разберете по -добре с някои примери. Ето ни!

Пример 1

Селен (Se) -> Атомен номер: 34

Пишем електронната конфигурация. Пишем електронната конфигурация според диаграмата на Moeller, като се има предвид, че s, p, d и f орбитали имат съответно 2, 6, 10 и 14 електрона. Пишем конфигурацията, като добавим броя на електроните, който се записва като степен.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Тъй като 4p орбиталата не се запълва, тъй като електроните ще се съберат до 36, не поставяме 4p⁶но 4p⁴.

Изваждаме квантовите числа. За да направим това, разглеждаме валентния или диференциалния електрон, тоест последния електрон, който е изпълнил орбиталата. В този случай ще разгледаме 4p⁴.
- Основно квантово число. Последното енергийно ниво за запълване беше 4.

n = 4

Вторично квантово число. Последното енергийно подравнище за запълване беше p орбиталата.

l = 1

Магнитно квантово число. Ако теглим електроните, последният за запълване ще бъде първата орбитала на р обвивката.

m = -1

Спин квантово число. Последният електрон, който заема р орбиталата, има стрелката надолу.

s = -½

Пример 2

Злато (Au) -> [Xe] 6s¹4f¹⁴5d¹⁰

Основно квантово число -> п = 5
Вторично квантово число -> l = 2
Магнитно квантово число -> m = 2
Спин квантово число -> s = -½

И това е всичко! Сега е ваш ред, бихте ли могли да направите електронната конфигурация и да получите квантовите числа на следните елементи?:

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