Kvanttiluvut kemiassa ovat lukujoukkoja, jotka kuvaavat elektronin kiertorataa ja liikettä atomissa. Kun kaikkien tietyn atomin elektronien kvanttiluvut lasketaan yhteen, niiden on täytettävä Schrodingerin yhtälö .

Kvanttiluvut ovat joukko lukuja, joita käytetään kuvaamaan elektronin sijaintia ja energiaa atomissa. Kvanttilukuja on neljää tyyppiä: pääluku, atsimutaaliluku, magneettiluku ja spin. Kvanttiluvut edustavat kvanttijärjestelmän säilyneiden suureiden arvoja.

Opitaan kaikki kvanttiluvut yksityiskohtaisesti tässä artikkelissa.

Sisällysluettelo

• Mitä ovat kvanttiluvut?
• Kvanttilukujen tyypit
• Kvanttilukujen merkitys
• Atomic Orbital
• Muut elektronien sijaintiin ja polkuun liittyvät lait

Mitä ovat kvanttiluvut?

Kvanttiluvut ovat vakioarvojen joukko kvanttilähestymistapassa. Kvanttiluvut tai Elektroniset kvanttiluvut kuvaile elektronia numeerisilla arvoilla, jotka tarjoavat ratkaisuja Schrodingerin aaltoyhtälöön vetyatomeille. Nämä luvut voivat määrittää elektronin sijainnin, energian ja orientaation atomissa lukujoukon avulla.

java merkkijonoluokka

Mukaan Paulin poissulkemisperiaate , atomin kahdella elektronilla ei voi olla samaa kvanttilukusarjaa. Puolikokonaislukua tai kokonaislukuarvoa käytetään karakterisoimaan kutakin kvanttilukua. Pää-, atsimuutti- ja magneettiset kvanttiluvut liittyvät vastaavasti atomin kokoon, muotoon ja suuntaukseen.

Neljää kvanttilukua voidaan käyttää kuvaamaan täydellisesti atomin tietyn elektronin kaikkia ominaisuuksia; nämä ovat:

1. Pääkvanttiluku
2. Radan kulmamomenttikvanttiluku (tai atsimuuttikvanttiluku).
3. Magneettinen kvanttiluku
4. Elektronin spin-kvanttiluku

Kvanttilukujen tyypit

Neljää kvanttilukua käytetään kuvaamaan täydellisesti kaikki atomin elektronin ominaisuudet. Nämä kvanttiluvut ovat:

• Pääkvanttiluku (n)
• Atsimuuttikvanttiluku (l)
• Magneettinen kvanttiluku (m_l)
• Elektronien pyörimiskvanttiluku (s)

Pääkvanttiluku (n)

Symboli 'n' edustaa pääkvanttilukuja. Ne tarkoittavat atomin primäärielektronikuorta. Koska se kuvaa todennäköisintä ytimen ja elektronien välistä etäisyyttä, pääkvanttiluvun suurempi arvo merkitsee suurempaa etäisyyttä elektronin ja ytimen välillä (mikä puolestaan ​​tarkoittaa suurempaa atomikokoa).

• Pääkvanttiluvun arvo voi olla mikä tahansa kokonaisluku, jonka positiivinen arvo on yhtä suuri tai suurempi kuin yksi. Arvo n=1 tarkoittaa atomin sisintä elektronikuorta, joka vastaa elektronin alhaisinta energiatilaa (tai perustilaa).
• Tämän seurauksena pääkvanttiluvulla n ei voi olla negatiivista arvoa tai se voi olla yhtä suuri kuin nolla, koska atomilla ei voi olla negatiivista arvoa tai ei arvoa pääkuorelle.
• Kun elektroniin infusoidaan energiaa (viritetty tila), elektroni hyppää yhdestä pääkuoresta korkeampaan kuoreen, jolloin n:n arvo kasvaa.
• Vastaavasti, kun elektronit menettävät energiaa, ne palaavat alemmille kuorille alentaen n:n arvoa. Absorptiolla tarkoitetaan elektronin n:n arvon kasvua, mikä korostaa elektronin absorboimia fotoneja tai energiaa.
• Vastaavasti elektronin n:n arvon pienenemistä kutsutaan emissioksi, ja tässä elektronit emittoivat energiaansa.

Atsimuuttikvanttiluku (l) – kiertoradan kulmamomenttikvanttiluku

Atsimuuttikvanttiluku (tai kiertoradan kulmamomentti) kuvaa kiertoradan muotoa. Sitä edustaa kirjain 'l', ja sen arvo on yhtä suuri kuin kiertoradan kulmasolmujen kokonaismäärä.

• Atsimuuttikvanttiluvun arvo voi merkitä joko s-, p-, d- tai f-alikuorta, joiden muodot vaihtelevat.
• Tämä arvo määräytyy (ja sen rajoittaa) pääkvanttiluvun arvo, eli atsimuuttikvanttiluku vaihtelee välillä 0 ja (n-1).
• Jos esimerkiksi n = 3, atsimuuttikvanttiluvulla voi olla kolme arvoa: 0, 1 ja 2.
• Kun l on nolla, tuloksena oleva osakuori on s-alikuori.
• Kun l = 1 ja l = 2, tuloksena olevat osakuoret ovat 'p' ja 'd' (vastaavasti).
• Tämän seurauksena, kun n = 3, kolme alikuorta, jotka voivat olla olemassa, ovat 3s, 3p ja 3d. Toisessa tapauksessa, jossa n = 5, l:n mahdolliset arvot ovat 0, 1, 2, 3 ja 4. Jos l = 3, atomi sisältää kolme kulmasolmua.

Magneettinen kvanttiluku (m_l)

Magneettinen kvanttiluku määrittää alikuoressa olevien kiertoratojen kokonaismäärän sekä niiden suunnan. Sitä edustaa symboli 'm_l.’ Tämä luku edustaa kiertoradan kulmamomentin projektiota tiettyä akselia pitkin.

• Magneettinen kvanttiluku määräytyy atsimuuttimäärän (tai orbitaalisen kulmamomentin) kvanttiluvun avulla.
• Tietylle l:n arvolle m:n arvo_lon välillä -l - +l. Tämän seurauksena se on epäsuorasti riippuvainen n:n arvosta.
• Esimerkiksi jos n = 4 ja l = 3 atomissa, magneettinen kvanttiluku voi olla -3, -2, -1, 0, +1, +2 ja +3. Orbitaalien kokonaismäärä tietyssä osakuoressa määräytyy orbitaalin 'l'-arvon mukaan.
• Se lasketaan kaavalla (2l + 1). Esimerkiksi 3d-alikuoressa (n=3, l=2) on 5 kiertorataa (2*2 + 1). Jokainen orbitaali voi sisältää kaksi elektronia. Tämän seurauksena 3d-alikuori mahtuu yhteensä 10 elektronia.

Elektronien pyörimiskvanttiluku (s)

Elektronin spin-kvanttiluku on riippumaton n:stä, l:stä ja m:stä_larvot. Tämän luvun arvo, joka on merkitty symbolilla m_s, osoittaa suunnan, johon elektroni pyörii.

• M_sarvo ilmaisee suunnan, johon elektroni pyörii. Elektronin spin-kvanttiluvulla voi olla arvoja välillä +1/2 ja -1/2.
• Positiivinen arvo m_starkoittaa elektronin ylöspäin suuntautuvaa spiniä, joka tunnetaan myös nimellä spin up.
• Jos m_son negatiivinen, kyseisellä elektronilla sanotaan spin alaspäin tai spin alaspäin.
• Elektronin spin-kvanttiluvun arvo määrittää, pystyykö kyseinen atomi synnyttämään magneettikentän vai ei. Arvo m_svoidaan yleistää arvoon ±½.

Kvanttilukujen merkitys

Kvanttiluvut ovat merkittäviä, koska niitä voidaan käyttää arvioimaan atomin elektronikonfiguraatiota ja sitä, missä sen elektronit todennäköisimmin sijaitsevat. Atomien atomisäde ja ionisaatioenergia määräytyvät muiden ominaisuuksien ohella myös kvanttiluvuilla.

Jokaisella kvanttiluvulla on oma merkityksensä, joka on kuvattu seuraavassa taulukossa:

Atomic Orbital

Kuten tiedämme, elektronit käyttäytyvät aaltoina ja elektronin sijainti atomin sisällä voidaan helposti määritellä kvanttimekaniikan aaltoteorian avulla ratkaisemalla Schrodingerin aaltoyhtälö atomin tietyllä energiatasolla.

Näitä aaltofunktioita, jotka määrittävät elektronin sijainnin atomin sisällä, kutsutaan atomiorbitaaleiksi. Nämä kiertoradat ovat paikkoja, joilla on suurin todennäköisyys löytää elektroni. Atomin sisällä on neljän tyyppisiä kiertoradoja

• s – orbitaali
• p – orbitaali
• d – orbitaali
• f – orbitaali

Atomiradat määritellään myös fysikaaliseksi tilaksi atomin sisällä, jossa elektronin löytämisen todennäköisyys on suurin.

Lue lisää:

• Elementtien sähköinen konfigurointi
• Orbitaalien täyttö Atomissa
• Atomiratojen muodot

Muut elektronien sijaintiin ja polkuun liittyvät lait

Kolme muuta kemian sääntöä ja periaatetta auttavat meitä ymmärtämään elektronien paikan, polun, kiertoradat ja energiatasot atomissa. Näitä käsitellään seuraavissa alaluvuissa:

Rakenneperiaate

Aufbau-periaate, jota kutsutaan myös Aufbau-säännöksi, sanoo, että elektronit menevät alhaisemman energian atomikiertoradalle ensin ennen korkeamman energian kiertoradalle. Aufbau tarkoittaa rakentamista saksaksi.

NCERT:n rakenneperiaatteen määritelmä

Atomien perustilassa kiertoradat täyttyvät niiden kasvavien energioiden järjestyksessä.

The Rakennusperiaate auttaa meitä selvittämään, kuinka elektronit järjestäytyvät atomeiksi tai ioneiksi. Esimerkiksi 1s-alikuori täyttyy ennen 2s-alikuorta.

Tässä on järjestys, jossa elektronit täyttävät kiertoradat: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p ja niin edelleen. Tämä täyttökuvio koskee jokaista atomia.

varten esimerkki , käyttäen Aufbau-periaatetta, rikin elektroninen konfiguraatio on kirjoitettu muodossa [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hundin suurimman moninkertaisuuden sääntö

Hundin sääntö sanoo, että jokainen alitason orbitaali saa yhden elektronin ennen kuin mikään niistä saa toisen. Ja kaikilla näillä yhden miehitetyn kiertoradan elektroneilla on sama spin.

NCERT:n Hundin säännön määritelmä

Elektronien pariutuminen samaan osakuoreen (p, d tai f) kuuluvilla kiertoradoilla ei tapahdu ennen kuin jokainen tähän alikuoreen kuuluva kiertorata on saanut yhden elektronin, eli se on yksittäin miehitetty.

Hundin sääntö, jota kutsutaan myös maksimimonikertasäännöksi, voi johtaa atomeihin, joissa on useita parittomia elektroneja. Nämä parittomat elektronit voivat pyöriä eri suuntiin luoden magneettisia momentteja eri suuntiin.

Hundin sääntö koskee tiettyjä molekyylejä, joissa on parittomia elektroneja.

Paulin poissulkemisperiaate

Paulin poissulkemisperiaate sanoo, että kaksi identtistä hiukkasta, joilla on puolikokonaisluvun spinit, eivät voi olla samassa kvanttitilassa järjestelmässä.

NCERT:n määritelmä Paulin poissulkemisperiaatteesta

Atomissa ei kahdella elektronilla voi olla samaa neljän kvanttiluvun joukkoa.

TAI

Samalla kiertoradalla voi olla vain kaksi elektronia ja näillä elektroneilla on oltava vastakkainen spin.

Kemiassa Paulin poissulkemisperiaate kertoo meille, että samassa atomissa ei kahdella elektronilla voi olla kaikki neljä kvanttilukua identtisiä. Tämä tarkoittaa, että korkeintaan kaksi elektronia voi olla samalla kiertoradalla, ja niillä on oltava vastakkaiset spinit.

Paulin poissulkemisperiaate asettaa rajat sille, kuinka monta elektronia voi olla kuoressa tai osakuoressa.

Ratkaistiin kvanttilukuja koskevia kysymyksiä

Kysymys 1: Etsi Rubidiumin viimeisen elektronin kaikki neljä kvanttilukua.

Ratkaisu:

Rubidiumin atominumero on Z = 37.

Rubidiumin elektroninen konfigurointi,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

Kat timpf

Viimeisen kuoren elektronin valenssi on 5s¹

Siksi,

Pääkvanttiluku, n = 5,

Atsimuuttikvanttiluku, l = 0,

Magneettinen kvanttiluku, m_l= 0,

Spin-kvanttiluku, s = +1/2

Kysymys 2: Ilmoita magneettisen kvanttiluvun mahdolliset arvot l = 2:lle.

Ratkaisu:

Ottaen huomioon, että atsimuuttikvanttiluku, l = 2

Tiedämme sen,

m_l= – l - + l

Siksi,

m_l= -2 - +2

eli

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Kysymys 3: Etsi kaikki neljä natriumin viimeisen elektronin kvanttilukua.

Ratkaisu:

Natriumin atominumero on Z = 11.

Rubidiumin elektroninen konfigurointi,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valenssikuoren viimeinen elektroni on 3s¹

Siksi,

Pääkvanttiluku, n = 3,

Atsimuuttikvanttiluku, l = 0,

Magneettinen kvanttiluku, m_l= 0,

java opetusohjelma

Spin-kvanttiluku, s = +1/2

Kysymys 4: Ilmoita mahdolliset magneettisen kvanttiluvun arvot l = 3:lle.

Ratkaisu:

Ottaen huomioon, että atsimuuttikvanttiluku, l = 3

Tiedämme sen,

l = 3,

m_l= -3 - +3

eli

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Kvanttilukujen MCQ:iden käytännön ongelmat

Saat lisätietoja kvanttilukujen harjoituksesta MCQ:t kvantitatiivisista numeroista

Usein kysytyt kysymykset kvanttiluvuista

Määrittele kvanttiluvut.

Lukujoukkoa, jota käytetään määrittelemään atomin elektronien lukumäärän sijainti ja energia, kutsutaan kvanttiluvuiksi.

Kuinka monta kvanttilukua on?

Neljä kvanttilukua ovat:

• Pääkvanttiluku (n)
• Atsimuuttikvanttiluku (l)
• Magneettinen kvanttiluku (m_l)
• Elektronin pyörimiskvanttiluku (s)

Mikä kvanttiluku määrittää kiertoradan muodon?

Atsimuuttikvanttiluku (l), jota kutsutaan myös kulmakvanttiluvuksi, määrittää kiertoradan muodon.

Mikä kvanttiluku määrittää kiertoradan suunnan?

Magneettinen kvanttiluku (m_l) käytetään kuvaamaan orbitaalin suuntausta kolmiulotteisessa avaruudessa.

Kuinka monta kvanttilukua tarvitaan orbitaalin määrittämiseen?

Atomin kiertoradan määrittämiseen tarvitaan kolme kvanttilukua, jotka ovat:

• Pääkvanttiluku (n)
• Atsimuuttikvanttiluku (l)
• Magneettinen kvanttiluku (m_l)

Mikä kvanttiluku määrittää elektronin energian?

Elektronin energia voidaan helposti määrittää käyttämällä elektronin pääkvanttilukua (n) ja atsimuuttikvanttilukua (l).

Mitä on kvanttienergia?

Kvanttihiukkasten (eli hyvin pienten hiukkasten) energiaa kutsutaan kvanttienergiaksi. Yksi tapa mitata kvanttienergiaa on käyttää fotonia, joka on pienin yksikkö valoenergian ja muiden sähkömagneettisten aaltojen energian mittaamiseen.

Mikä on elektronin spin?

Elektronien spin on elektronien kvanttiominaisuus. Se on muoto, jolla on kulmamomentti. Opetustekniikana opettajat vertaavat elektronien spiniä planeetan pyörimiseen oman akselinsa ympäri 24 tunnin välein. Spin-up tapahtuu, kun elektroni pyörii myötäpäivään akselillaan; spin-down tapahtuu, kun elektroni pyörii vastapäivään.

Mikä on rakentamisen periaate?

Rakennusperiaate on kemian käsite, joka selittää kuinka elektronit täyttävät atomin kiertoradat atomissa. Tämän periaatteen mukaan elektronit miehittävät pienimmän energian käytettävissä olevat kiertoradat ennen siirtymistään korkeamman energian kiertoradalle.

Mikä on Hundin sääntöluokka 11?

Hundin sääntö, jota usein käsitellään luokan 11 kemiassa, sanoo, että elektronit miehittävät saman energiatason (alikuoren) kiertoradat yksittäin ennen pariutumista. Lisäksi yksittäisillä kiertoradoilla olevilla elektroneilla on rinnakkaiset spinit.

Mikä on täysimuotoinen SPDF?

SPDF tarkoittaa neljää alitasoa eli kiertorataa atomissa: s, p, d ja f. Nämä kirjaimet edustavat atomikiertoradan eri muotoja ja suuntauksia, joissa elektroneja todennäköisesti löytyy.

• S: Terävä
• K: Pää
• D: hajanainen
• F: perustavanlaatuinen

Miksi kvanttia kutsutaan kvantiksi?

Termi kvantti tulee latinan sanasta, joka tarkoittaa kuinka paljon tai määrä . Fysiikassa se viittaa diskreeteihin ja jakamattomiin yksiköihin, joissa tietyt fysikaaliset suuret, kuten energia ja liikemäärä kvantisoidaan kvanttiteorian mukaan. Nämä erilliset yksiköt ovat perustavanlaatuisia hiukkasten käyttäytymisen ymmärtämiselle atomi- ja subatomitasolla. Siksi kvanttifysiikan ala on nimetty kvantisoinnin käsitteen mukaan.