Definiția Quantum Numbers

Candela Rocío Barbisan | Dec. 2021
Inginer chimist

Numerele cuantice sunt un set de numere reprezentate prin litere care, în funcție de poziția lui electron la care sunt referiți, luați diferit valorile într-un interval posibil. Acum mergem descrie fiecare dintre ele și vom vedea exemple de modul în care sunt aplicate în funcție de electronul pe care vrem să-l desemnăm.

Numărul cuantic principal ("n")

Este strâns legat de Energie pe care electronul îl posedă. Cu cât „n” este mai mare, cu atât energia este mai mare, deoarece acest număr este legat de dimensiunea orbitalului. Matematic, ne spune perioada în care se află electronul și, după cum știm din configurațiile electronice ale elementelor Tabelul periodic, sunt fizic până la șapte niveluri de energie. Prin urmare, „n” poate varia de la unu la șapte, în funcție de distanţă la care se află electronul atomului.

Număr cuantic secundar sau azimutal ("ℓ")

Acest număr permite identifica subnivelul de energie pe care îl ocupă electronul, deci, din nou, cu cât este mai mare numărul cuantic azimutal, cu atât mai mare este energia electronului. Matematic, „ℓ” va reprezenta subnivelurile „s”, „p”, „d” și „f” pe care le identificăm configurațiile electronice ale elementelor tabelului periodic. De aceea poate lua valori variind de la zero până la ("n" -1) unde "n" este numărul cuantic principal.

De exemplu, dacă n = 1, atunci ℓ poate fi doar zero, deoarece corespunde subnivelului energetic „s”. În timp ce, dacă n = 2, ℓ poate evalua atât zero, cât și unu, deoarece ne putem referi la un electron de subnivelul „s” sau, respectiv, de subnivelul „p”. În acest fel identificăm: ℓ = 0 pentru subnivelul energetic „s”, ℓ = 1 pentru subnivelul energetic „p”, ℓ = 2 pentru subnivelul energetic „d” și ℓ = 3 pentru subnivelul energetic „f”.

De remarcat că, conform „n”, subnivelurile de energie „s”, „p”, „d” și „f” pot adăuga orbitali și, prin urmare, conțin mai mulți electroni. De exemplu, la n = 1, ℓ = 0 cu un singur subnivel „s” și un singur orbital care poate conține doi electroni. Pentru n = 2, ℓ = 0 cu un subnivel „s” sau ℓ = 1 cu un subnivel „p” care poate conține trei orbitali și poate găzdui șase electroni.

Pentru n = 3, ℓ = 0 cu un subnivel „s” sau ℓ = 1 cu un subnivel „p” care poate conține trei orbitali și găzduiește șase electroni sau ℓ = 2 cu subnivelul „d” care poate conține cinci orbiti și poate găzdui zece electroni.

În cele din urmă, pentru n = 4, ℓ = 0 cu un subnivel „s” sau ℓ = 1 cu subnivelul „p” care poate conține trei orbitali și poate găzdui șase electroni sau ℓ = 2 cu subnivelul „d” care poate conține cinci orbitali și găzduiește zece electroni sau ℓ = 3 cu subnivelul „f” care poate conține șapte orbitali și găzduiește paisprezece electroni.

Dacă am dori să reprezentăm acești orbitali în spațiu, forma lor ar fi cam așa:

Imagine: ChemistryGod

număr cuantic magnetic ("m")

Este legat de orientarea orbitalului în spațiu și este legat de numărul de orbitali pe care îl are fiecare subnivel. Prin urmare, valoarea pe care o ia variază de la „-ℓ” la „ℓ”. De exemplu, pentru ℓ = 1, subnivelul „p” conține până la 3 orbitali, deci „m” capătă valori precum -1, 0 sau 1. În mod similar, pentru ℓ = 2 subnivelul „d” conține până la 5 orbitali, deci „m” poate fi: -2, -1, 0, 1 sau 2. În mod similar, se completează pentru ℓ = 0 sau ℓ = 4.

Numărul cuantic de rotație ("s")

Legate de proprietățile magnetice ale electronului și servesc la identificarea direcției de rotație a electronului electroni care se află în același orbital, deoarece fiecare dintre ei va avea un semn diferit. Prin urmare, „s” poate lua valoarea de +1/2 sau -1/2.

Să luăm Clorul ca exemplu, pentru a identifica numerele cuantice din electronii săi găzduiți în ultimul nivel de energie. Pentru aceasta trebuie să cunoaștem configurația sa electronică, care este: 1s² 2s² 2 P⁶3s²3p⁵. Electronii ultimului nivel sunt cei adăpostiți în nivelul 3, deci: n = 3. Apoi, ℓ = 0 sau ℓ = 1, pentru electronii găzduiți în subnivelurile „s” sau, respectiv, „p”.

Acum, pentru ℓ = 0 (3s²), m = 0 și s valorează +1/2 și respectiv -1/2 în fiecare dintre electronii găzduiți acolo. Pentru ℓ = 1 (3p⁵), m = -1,0,1, în timp ce s valorează +1/2 și respectiv -1/2 în fiecare dintre electronii găzduiți acolo pentru m = -1 și 0, în timp ce Orbitalul desemnat ca m = 1 nu este complet cu doi electroni, așa că trebuie să alegem s = +1/2 sau -1/2, oricare dintre ele este ales prin convenție.