Определение на квантовите числа

Кандела Росио Барбисан | декември 2021
Инженер-химик

Квантовите числа са набор от числа, представени с букви, които в зависимост от позицията на електрон към които се отнасят, приемат различни стойности в рамките на възможен диапазон. Сега отиваме да описвам всеки от тях и ще видим примери как се прилагат според електрона, който искаме да обозначим.

Главно квантово число ("n")

Тя е тясно свързана с Енергия които електронът притежава. Колкото по-високо е „n“, толкова по-висока е енергията, тъй като това число е свързано с размера на орбиталата. Математически, той ни казва периода, в който се намира електронът, и както знаем от електронните конфигурации на елементите на Периодичната таблица, физически са до седем нива на енергия. Следователно, "n" може да варира от едно до седем в зависимост от разстояние до който се намира електронът на атома.

Вторично или азимутално квантово число ("ℓ")

Този номер позволява идентифицират енергийното подниво, което електронът заема, така че, отново, колкото по-високо е азимуталното квантово число, толкова по-висока е енергията на електрона. Математически "ℓ" ще представлява поднивата "s", "p", "d" и "f", които идентифицираме електронните конфигурации на елементите на периодичната таблица. Ето защо може да приема стойности, вариращи от нула до ("n" -1), където "n" е главното квантово число.

Например, ако n = 1, тогава ℓ може да бъде само нула, тъй като съответства на енергийното подниво "s". Като има предвид, че ако n = 2, ℓ може да има стойност както нула, така и единица, тъй като можем да имаме предвид електрон от подниво "s" или подниво "p" съответно. По този начин идентифицираме: ℓ = 0 за енергийно подниво „s”, ℓ = 1 за енергийно подниво „p”, ℓ = 2 за енергийно подниво „d” и ℓ = 3 за енергийно подниво „f”.

Трябва да се отбележи, че според "n" енергийните поднива "s", "p", "d" и "f" могат да добавят орбитали и следователно да съдържат повече електрони. Например, при n = 1, ℓ = 0 с едно "s" подниво и една орбитала, която може да съдържа два електрона. За n = 2, ℓ = 0 с подниво „s“ или ℓ = 1 с подниво „p“, което може да съдържа три орбитали и да побере шест електрона.

За n = 3, ℓ = 0 с подниво „s“ или ℓ = 1 с подниво „p“, което може да съдържа три орбитали и побират шест електрона или ℓ = 2 с подниво "d", което може да съдържа пет орбитали и да побира десет електрони.

И накрая, за n = 4, ℓ = 0 с подниво „s” или ℓ = 1 с подниво „p”, което може да съдържа три орбитали и да побере шест електрона или ℓ = 2 с подниво „d“, което може да съдържа пет орбитали и да съдържа десет електрона или ℓ = 3 с подниво „f“, което може да съдържа седем орбитали и дом четиринадесет електрони.

Ако искаме да представим тези орбитали в пространството, тяхната форма би била нещо като следното:

Img: ChemistryGod

Магнитно квантово число ("m")

То е свързано с ориентацията на орбиталата в пространството и е свързано с броя на орбиталите, които има всяко подниво. Следователно стойността, която приема, варира от "-ℓ" до "ℓ". Например, за ℓ = 1, подниво „p“ съдържа до 3 орбитали, така че „m“ придобива стойности като -1, 0 или 1. По същия начин, за ℓ = 2 подниво "d" съдържа до 5 орбитали, така че "m" може да бъде: -2, -1, 0, 1 или 2. По същия начин се завършва за ℓ = 0 или ℓ = 4.

Спиново квантово число ("s")

Свързани с магнитните свойства на електрона и те служат за идентифициране на посоката на въртене на електрони, които се намират в рамките на една и съща орбитала, тъй като всеки от тях ще има различен знак. Следователно "s" може да приеме стойността на +1/2 или -1/2.

Нека вземем хлора като пример, за да идентифицираме квантовите числа в неговите електрони, разположени в последното енергийно ниво. За това трябва да знаем неговата електронна конфигурация, която е: 1s² 2s² 2 П⁶3s²3п⁵. Електроните от последното ниво са тези, разположени в ниво 3, така че: n = 3. Тогава ℓ = 0 или ℓ = 1 за електрони, разположени съответно в поднива "s" или "p".

Сега, за ℓ = 0 (3s²), m = 0 и s е на стойност +1/2 и -1/2 съответно във всеки от електроните, поместени там. За ℓ = 1 (3п⁵), m = -1,0,1, докато s е на стойност +1/2 и -1/2 съответно във всеки от електроните, настанени там за m = -1 и 0, докато Орбитала, обозначена като m = 1, не е пълна с два електрона, така че трябва да изберем s = +1/2 или -1/2, което от двете е избрано по конвенция.