Definicija kvantnih brojeva

Candela Rocío Barbisan | prosinca 2021
Inženjer kemije

Kvantni brojevi su skup brojeva predstavljenih slovima koji, ovisno o položaju elektron na koje se odnose, uzimaju različite vrijednosti unutar mogućeg raspona. Sada ćemo opisati svaki od njih i vidjet ćemo primjere kako se primjenjuju prema elektronu koji želimo označiti.

Glavni kvantni broj ("n")

Usko je povezano sa Energija koje posjeduje elektron. Što je veći “n”, to je veća energija, budući da je ovaj broj povezan s veličinom orbitale. Matematički nam govori razdoblje u kojem se elektron nalazi, a kao što znamo iz elektroničkih konfiguracija elemenata Periodni sustav elemenata, fizički ih ima do sedam razinama energije. Stoga, "n" može varirati od jedan do sedam ovisno o udaljenosti na kojoj se nalazi elektron atoma.

Sekundarni ili azimutalni kvantni broj ("ℓ")

Ovaj broj dopušta identificirati energetska podrazina koju elektron zauzima, pa, opet, što je veći azimutalni kvantni broj, to je veća energija koju elektron ima. Matematički, "ℓ" će predstavljati podrazine "s", "p", "d" i "f" kojima identificiramo elektronske konfiguracije elemenata periodnog sustava. Zato može uzeti vrijednosti u rasponu od nula do ("n" -1) gdje je "n" glavni kvantni broj.

Na primjer, ako je n = 1, tada ℓ može biti samo nula, budući da odgovara energetskoj podrazini "s". Dok, ako je n = 2, ℓ može imati vrijednost i nulu i jedan, budući da se možemo odnositi na elektron podrazine "s" odnosno podrazine "p". Na taj način identificiramo: ℓ = 0 za energetsku podrazinu “s”, ℓ = 1 za energetsku podrazinu “p”, ℓ = 2 za energetsku podrazinu “d” i ℓ = 3 za energetsku podrazinu “f”.

Treba napomenuti da, prema "n", energetske podrazine "s", "p", "d" i "f" mogu dodati orbitale i, prema tome, sadržavati više elektrona. Na primjer, kod n = 1, ℓ = 0 s jednom "s" podrazinom i jednom orbitalom koja može sadržavati dva elektrona. Za n = 2, ℓ = 0 s podrazinom “s” ili ℓ = 1 s podrazinom “p” koja može sadržavati tri orbitale i prihvatiti šest elektrona.

Za n = 3, ℓ = 0 s podrazinom “s” ili ℓ = 1 s podrazinom “p” koja može sadržavati tri orbitale i smjestiti šest elektrona ili ℓ = 2 s podrazinom "d" koja može sadržavati pet orbitala i smjestiti deset elektrona.

Konačno, za n = 4, ℓ = 0 s podrazinom “s” ili ℓ = 1 s podrazinom “p” koja može sadržavati tri orbitale i prihvatiti šest elektrona ili ℓ = 2 s podrazina "d" koja može sadržavati pet orbitala i smjestiti deset elektrona ili ℓ = 3 s podrazinom "f" koja može sadržavati sedam orbitala i kuću četrnaest elektrona.

Ako bismo željeli predstaviti ove orbitale u svemiru, njihov bi oblik bio otprilike sljedeći:

Img: ChemistryGod

Magnetski kvantni broj ("m")

Povezan je s orijentacijom orbitale u prostoru i povezan je s brojem orbitala koje svaka podrazina ima. Stoga se vrijednost koju uzima kreće od "-ℓ" do "ℓ". Na primjer, za ℓ = 1, podrazina “p” sadrži do 3 orbitale, tako da “m” stječe vrijednosti kao što su -1, 0 ili 1. Slično, za ℓ = 2 podrazina "d" sadrži do 5 orbitala, tako da "m" može biti: -2, -1, 0, 1 ili 2. Slično, završava se za ℓ = 0 ili ℓ = 4.

Spin kvantni broj ("s")

Vezani su za magnetska svojstva elektrona i služe za identifikaciju smjera rotacije elektrona elektrona koji se nalaze unutar iste orbitale, budući da će svaki od njih imati drugačiji predznak. Stoga "s" može imati vrijednost od +1/2 ili -1/2.

Uzmimo klor kao primjer, da identificiramo kvantne brojeve u njegovim elektronima smještenim na posljednjoj energetskoj razini. Za to moramo znati njegovu elektronsku konfiguraciju, a to je: 1s² 2s² 2 str⁶3s²3p⁵. Elektroni posljednje razine su oni smješteni na razini 3, dakle: n = 3. Zatim, ℓ = 0 ili ℓ = 1, za elektrone smještene u podrazinama "s" odnosno "p".

Sada, za ℓ = 0 (3s²), m = 0 i s vrijedi +1/2 odnosno -1/2 u svakom od elektrona koji se tamo nalaze. Za ℓ = 1 (3p⁵), m = -1,0,1, dok s vrijedi +1/2 odnosno -1/2 u svakom od elektrona koji se tamo nalaze za m = -1 i 0, dok Orbitala označena kao m = 1 nije kompletna s dva elektrona, tako da moramo odabrati s = +1/2 ili -1/2, što god je odabrano po dogovoru.