Ορισμός Κβαντικών Αριθμών

Οι κβαντικοί αριθμοί είναι ένα σύνολο αριθμών που αντιπροσωπεύονται με γράμματα που, ανάλογα με τη θέση του ηλεκτρόνιο στο οποίο αναφέρονται, λαμβάνουν διαφορετικά αξίες εντός ενός πιθανού εύρους. Τώρα πρόκειται να περιγράφω καθένα από αυτά και θα δούμε παραδείγματα για το πώς εφαρμόζονται σύμφωνα με το ηλεκτρόνιο που θέλουμε να ορίσουμε.

Κύριος κβαντικός αριθμός ("n")

Σχετίζεται στενά με Ενέργεια που κατέχει το ηλεκτρόνιο. Όσο υψηλότερο «n», τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια, αφού αυτός ο αριθμός σχετίζεται με το μέγεθος του τροχιακού. Μαθηματικά, μας λέει την περίοδο που βρίσκεται το ηλεκτρόνιο και όπως γνωρίζουμε από τις ηλεκτρονικές διαμορφώσεις των στοιχείων του Περιοδικός Πίνακας, υπάρχουν σωματικά μέχρι επτά επίπεδα

της ενέργειας. Επομένως, το "n" μπορεί να ποικίλλει από ένα έως επτά ανάλογα με το απόσταση στο οποίο βρίσκεται το ηλεκτρόνιο του ατόμου.

Δευτερεύων ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός ("ℓ")

Αυτός ο αριθμός επιτρέπει αναγνωρίζω το ενεργειακό υποεπίπεδο που καταλαμβάνει το ηλεκτρόνιο, επομένως, και πάλι, όσο μεγαλύτερος είναι ο αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που έχει το ηλεκτρόνιο. Μαθηματικά, το "ℓ" θα αντιπροσωπεύει τα υποεπίπεδα "s", "p", "d" και "f" που προσδιορίζουμε τις διαμορφώσεις ηλεκτρονίων των στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα. Γι' αυτό μπορεί να πάρει αξίες που κυμαίνονται από μηδέν μέχρι ("n" -1) όπου "n" είναι ο κύριος κβαντικός αριθμός.

Για παράδειγμα, αν n = 1, τότε το ℓ μπορεί να είναι μόνο μηδέν, αφού αντιστοιχεί στο ενεργειακό υποεπίπεδο "s". Ενώ, αν n = 2, το ℓ μπορεί να αποτιμήσει τόσο το μηδέν όσο και το ένα, αφού μπορούμε να αναφερόμαστε σε ένα ηλεκτρόνιο του υποεπίπεδου "s" ή του υποεπίπεδου "p" αντίστοιχα. Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζουμε: ℓ = 0 για το ενεργειακό υποεπίπεδο «s», ℓ = 1 για το υποεπίπεδο ενέργειας «p», ℓ = 2 για το υποεπίπεδο ενέργειας «d» και ℓ = 3 για το υποεπίπεδο ενέργειας «f».

Πρέπει να σημειωθεί ότι, σύμφωνα με το «n», τα ενεργειακά υποεπίπεδα «s», «p», «d» και «f» μπορούν να προσθέσουν τροχιακά και, επομένως, να περιέχουν περισσότερα ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα, σε n = 1, ℓ = 0 με ένα μόνο υποεπίπεδο «s» και ένα μοναδικό τροχιακό που μπορεί να περιέχει δύο ηλεκτρόνια. Για n = 2, ℓ = 0 με υποεπίπεδο "s" ή ℓ = 1 με υποεπίπεδο "p" που μπορεί να περιέχει τρία τροχιακά και να φιλοξενήσει έξι ηλεκτρόνια.

Για n = 3, ℓ = 0 με υποεπίπεδο "s" ή ℓ = 1 με υποεπίπεδο "p" που μπορεί να περιέχει τρία τροχιακά και να φιλοξενήσει έξι ηλεκτρόνια ή ℓ = 2 με το υποεπίπεδο "d" που μπορεί να περιέχει πέντε τροχιακά και να φιλοξενήσει δέκα ηλεκτρόνια.

Τέλος, για n = 4, ℓ = 0 με υποεπίπεδο "s" ή ℓ = 1 με το υποεπίπεδο "p" που μπορεί να περιέχει τρία τροχιακά και να φιλοξενήσει έξι ηλεκτρόνια ή ℓ = 2 με το υποεπίπεδο "d" που μπορεί να περιέχει πέντε τροχιακά και να φιλοξενεί δέκα ηλεκτρόνια ή ℓ = 3 με υποεπίπεδο "f" που μπορεί να περιέχει επτά τροχιακά και σπίτι δεκατέσσερα ηλεκτρόνια.

Αν θέλαμε να αναπαραστήσουμε αυτά τα τροχιακά στο διάστημα, το σχήμα τους θα ήταν περίπου το εξής:

Img: ChemistryGod

Μαγνητικός κβαντικός αριθμός ("m")

Σχετίζεται με τον προσανατολισμό του τροχιακού στο διάστημα και σχετίζεται με τον αριθμό των τροχιακών που έχει κάθε υποεπίπεδο. Επομένως, η τιμή που παίρνει κυμαίνεται από "-ℓ" έως "ℓ". Για παράδειγμα, για ℓ = 1, το υποεπίπεδο "p" περιέχει έως και 3 τροχιακά, επομένως το "m" αποκτά τιμές όπως -1, 0 ή 1. Ομοίως, για ℓ = 2 υποεπίπεδο "d" περιέχει έως και 5 τροχιακά, οπότε το "m" μπορεί να είναι: -2, -1, 0, 1 ή 2. Ομοίως, συμπληρώνεται για ℓ = 0 ή ℓ = 4.

Περιστροφικός κβαντικός αριθμός ("s")

Σχετίζονται με τις μαγνητικές ιδιότητες του ηλεκτρονίου και χρησιμεύουν για τον προσδιορισμό της φοράς περιστροφής του ηλεκτρόνια που βρίσκονται μέσα στο ίδιο τροχιακό, αφού το καθένα από αυτά θα έχει διαφορετικό πρόσημο. Επομένως, το "s" μπορεί να πάρει την τιμή +1/2 ή -1/2.

Ας πάρουμε το χλώριο ως παράδειγμα, για να αναγνωρίσουμε τους κβαντικούς αριθμούς στα ηλεκτρόνια του που βρίσκονται στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδο. Για αυτό πρέπει να γνωρίζουμε την ηλεκτρονική του διαμόρφωση, που είναι: 1s² 2s² 2 Π⁶3s²3π⁵. Τα ηλεκτρόνια του τελευταίου επιπέδου είναι αυτά που στεγάζονται στο επίπεδο 3, άρα: n = 3. Στη συνέχεια, ℓ = 0 ή ℓ = 1, για ηλεκτρόνια που στεγάζονται σε υποεπίπεδα "s" ή "p" αντίστοιχα.

Τώρα, για ℓ = 0 (3s²), m = 0 και s αξίζει +1/2 και -1/2 αντίστοιχα σε καθένα από τα ηλεκτρόνια που στεγάζονται εκεί. Για ℓ = 1 (3π⁵), m = -1,0,1, ενώ το s αξίζει +1/2 και -1/2 αντίστοιχα σε καθένα από τα ηλεκτρόνια που στεγάζονται εκεί για m = -1 και 0, ενώ το Το τροχιακό που ορίζεται ως m = 1 δεν είναι πλήρες με δύο ηλεκτρόνια, επομένως πρέπει να επιλέξουμε s = +1/2 ή -1/2, όποιο επιλέγεται κατά σύμβαση.

Θέματα στους Κβαντικούς Αριθμούς