Определение квантовых чисел

Кандела Росио Барбизан | Декабрь 2021
Инженер-химик

Квантовые числа - это набор чисел, представленных буквами, которые в зависимости от положения электрон к которым они относятся, возьмите разные ценности в пределах возможного диапазона. Теперь мы собираемся описывать каждый из них, и мы увидим примеры того, как они применяются в соответствии с электроном, который мы хотим обозначить.

Главное квантовое число ("n")

Это тесно связано с Энергия что электрон обладает. Чем больше «n», тем выше энергия, поскольку это число связано с размером орбитали. Математически он сообщает нам период, в котором находится электрон, и, как мы знаем из электронных конфигураций элементов Периодическая таблица, физически до семи уровни энергии. Следовательно, «n» может варьироваться от одного до семи в зависимости от расстояние к которому расположен электрон атома.

Вторичное или азимутальное квантовое число («ℓ»)

Этот номер позволяет идентифицировать энергетический подуровень, который занимает электрон, поэтому, опять же, чем выше азимутальное квантовое число, тем выше энергия электрона. Математически «ℓ» будет представлять подуровни «s», «p», «d» и «f», на которых мы определяем электронные конфигурации элементов Периодической таблицы. Поэтому он может принимать значения от нуль до («n» -1), где «n» - главное квантовое число.

Например, если n = 1, то ℓ может быть только нулем, так как соответствует энергетическому подуровню «s». Тогда как, если n = 2, может иметь значение как ноль, так и единица, поскольку мы можем иметь в виду электрон подуровня «s» или подуровня «p» соответственно. Таким образом мы идентифицируем: = 0 для энергетического подуровня «s», ℓ = 1 для энергетического подуровня «p», ℓ = 2 для энергетического подуровня «d» и ℓ = 3 для энергетического подуровня «f».

Следует отметить, что согласно «n», энергетические подуровни «s», «p», «d» и «f» могут складывать орбитали и, следовательно, содержать больше электронов. Например, при n = 1, ℓ = 0 с одним подуровнем «s» и одной орбиталью, которая может содержать два электрона. Для n = 2, = 0 с подуровнем «s» или ℓ = 1 с подуровнем «p», который может содержать три орбитали и вмещать шесть электронов.

Для n = 3, = 0 с подуровнем «s» или ℓ = 1 с подуровнем «p», который может содержать три орбитали и разместить шесть электронов или ℓ = 2 с подуровнем "d", который может содержать пять орбиталей и вмещать десять электроны.

Наконец, для n = 4, = 0 с подуровнем «s» или ℓ = 1 с подуровнем «p», который может содержать три орбитали и вмещать шесть электронов, или = 2 с подуровень «d», который может содержать пять орбиталей и вмещать десять электронов, или ℓ = 3 с подуровнем «f», который может содержать семь орбиталей и содержать четырнадцать электроны.

Если бы мы хотели изобразить эти орбитали в космосе, их форма была бы примерно такой:

Изображение: ChemistryGod

Магнитное квантовое число («м»)

Это связано с ориентацией орбитали в пространстве и связано с количеством орбиталей, которые имеет каждый подуровень. Следовательно, значение, которое оно принимает, находится в диапазоне от «-» до «ℓ». Например, для ℓ = 1 подуровень «p» содержит до 3-х орбиталей, поэтому «m» принимает такие значения, как -1, 0 или 1. Аналогично, для ℓ = 2 подуровень «d» содержит до 5 орбиталей, поэтому «m» может быть: -2, -1, 0, 1 или 2. Аналогично завершается при ℓ = 0 или ℓ = 4.

Квантовое число спина ("s")

Связанные с магнитными свойствами электрона, они служат для определения направления вращения электроны, находящиеся на одной орбитали, поскольку каждый из них будет иметь разный знак. Следовательно, «s» может принимать значение +1/2 или -1/2.

Давайте возьмем хлор в качестве примера, чтобы определить квантовые числа в его электронах, находящихся на последнем энергетическом уровне. Для этого нам нужно знать его электронную конфигурацию, которая составляет: 1 с.² 2 с² 2 пол.⁶3 с²3p⁵. Электроны последнего уровня находятся на уровне 3, поэтому: n = 3. Тогда = 0 или ℓ = 1 для электронов, находящихся на подуровнях «s» или «p» соответственно.

Теперь при ℓ = 0 (3 с²), m = 0 и s стоит +1/2 и -1/2 соответственно в каждом электроне, размещенном там. При ℓ = 1 (3p⁵), m = -1,0,1, в то время как s стоит +1/2 и -1/2 соответственно в каждом из электронов, размещенных там для m = -1 и 0, в то время как Орбиталь, обозначенная как m = 1, не заполнена двумя электронами, поэтому мы должны выбрать s = +1/2 или -1/2, в зависимости от того, что выбрано по соглашению.