Κβαντικοί Αριθμοί &Τροχιακά Σχήματα

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο σχετικά με τους κβαντικούς αριθμούς , θα μάθετε πώς μπορούμε να περιγράψουμε τις ιδιότητες ενός ηλεκτρονίου σε ένα συσχετισμένο άτομο. Αυτές οι διάφορες ιδιότητες περιλαμβάνουν το επίπεδο ενέργειας, το σχήμα, τον προσανατολισμό και το σπιν. Θα μάθετε επίσης για τα σχήματα τροχιάς .

Λεξιλόγιο

Κόμβοι =σημείο ή επίπεδο μηδενικής πυκνότητας ηλεκτρονίων

Εισαγωγή στους Κβαντικούς Αριθμούς &Τροχιακά σχήματα

Οι κβαντικοί αριθμοί χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν ατομικά τροχιακά, περιοχές του χώρου στις οποίες μπορεί να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο. Από αυτούς τους αριθμούς, μπορούμε να προσδιορίσουμε τις διαφορετικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων σε ένα ατομικό τροχιακό. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι κάθε ηλεκτρόνιο θα είναι μοναδικό για ένα άλλο, σύμφωνα με την Αρχή Αποκλεισμού Pauli. Για να ισχύει αυτό, κανένα ηλεκτρόνιο στο ίδιο άτομο δεν μπορεί να έχει τους ίδιους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς.

Ο κύριος κβαντικός αριθμός (n )

Ο κύριος κβαντικός αριθμός (n ) περιγράφει το κέλυφος ηλεκτρονίων, ή το μέγεθος, ενός τροχιακού. Ένα ηλεκτρονιακό κέλυφος μπορεί να θεωρηθεί ως το τμήμα ενός ατόμου όπου ένα ηλεκτρόνιο περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα. Μάθετε πώς ο Ράδερφορντ ανακάλυψε τον πυρήνα.

Οι μόνες επιτρεπόμενες τιμές του n είναι ακέραιοι αριθμοί που ξεκινούν από το 1. Ένα υψηλότερο n τιμή σημαίνει ότι το σχετικό ηλεκτρόνιο είναι πιο μακριά από τον πυρήνα. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο με n =1 θα ήταν πολύ πιο κοντά στον πυρήνα από ένα ηλεκτρόνιο με n =5. Κατά τη σύγκριση ηλεκτρονίων με το ίδιο l , μπορούμε επίσης να πούμε ότι ένα ηλεκτρόνιο με υψηλότερο n η τιμή είναι υψηλότερη ενέργεια. Με υψηλότερο n , ένα ηλεκτρόνιο δεν θα νιώσει την ελκυστική έλξη του θετικά φορτισμένου πυρήνα λόγω της μεγαλύτερης απόστασής του. Το αρνητικό φορτίο του ηλεκτρονίου δεν είναι σταθεροποιημένο, επομένως το ηλεκτρόνιο είναι υψηλότερης ενέργειας.

Σχήματα τροχιάς – Ο κβαντικός αριθμός της γωνιακής ορμής (l )

Υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά είδη τροχιακών, τα οποία ονομάζονται τροχιακά s, p, d και f. Το καθένα έχει διαφορετικό τροχιακό σχήμα. Ένα s-τροχιακό είναι σφαιρικό με τον πυρήνα στο κέντρο του. Ένα ρ-τροχιακό έχει σχήμα αλτήρα και τέσσερα από τα πέντε d-τροχιακά έχουν σχήμα τριφυλλιού. Το τελευταίο d-τροχιακό είναι ένας επιμήκης αλτήρας με ένα ντόνατ γύρω από το κέντρο του.

Ο κβαντικός αριθμός γωνιακής ορμής (l ) περιγράφει το υποκέλυφος ή το σχήμα ενός τροχιακού και το επιτρεπόμενο εύρος του είναι (0, …, n – 1). Υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά σχήματα που πρέπει να θυμάστε:τα τροχιακά s, p, d και f. Η τιμή του l που εκχωρείται σε κάθε υποκέλυφος βασίζεται στον αριθμό των γωνιακών κόμβων (επίπεδα). Για τα τροχιακά s, που είναι σφαίρες, δεν υπάρχει γωνιακός κόμβος, οπότε l =0. Για p τροχιακά, τα οποία έχουν πυκνότητα ηλεκτρονίων διαχωρισμένη από έναν γωνιακό κόμβο, l =1. Ακολουθώντας αυτήν την τάση, τα d τροχιακά θα έχουν l =2 και f τροχιακά θα έχουν l =3, καθώς έχουν δύο και τρεις γωνιακούς κόμβους, αντίστοιχα.

Ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός (m_l )

Ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός (m_l ) περιγράφει τους διάφορους προσανατολισμούς των υποκελυφών στον τρισδιάστατο χώρο. Το εύρος του είναι (-l , …, l ), που σημαίνει ότι για πόσους τρόπους μπορείτε να περιστρέψετε μοναδικά ένα συγκεκριμένο σχήμα, έχετε τόσα πιθανά m_l αξίες. Επειδή δεν υπάρχει νέος, διακριτός προσανατολισμός όταν περιστρέφετε μια σφαίρα γύρω από την αρχή, το τροχιακό s θα έχει μόνο έναν πιθανό μαγνητικό προσανατολισμό. Αλλά λόγω των γωνιακών κόμβων των τροχιακών p, d και f, έχουν πολλά πιθανά m_l τιμές, όπως υποδεικνύεται στο παρακάτω διάγραμμα.

The Spin Quantum Number (m_s )

Ο κβαντικός αριθμός σπιν (m_s ) περιγράφει το σπιν ενός συγκεκριμένου ηλεκτρονίου σε ένα τροχιακό. Η περιστροφή είναι είτε +/- ½, που υποδηλώνει είτε μια περιστροφή προς τα πάνω είτε μια προς τα κάτω περιστροφή. Κάθε τροχιακό μπορεί να χωρέσει το πολύ δύο ηλεκτρόνια και εάν είναι πλήρως γεμισμένο, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να μοιράζονται την ίδια κατεύθυνση σπιν. Εάν τα ηλεκτρόνια δεν δείχνουν προς την αντίθετη κατεύθυνση, τότε θα ήταν παραβίαση της Αρχής του Αποκλεισμού Pauli - δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να μοιράζονται τους ίδιους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς. Εάν το τροχιακό δεν είναι πλήρως κατειλημμένο, τότε το ηλεκτρόνιο μπορεί να πάρει οποιαδήποτε κατεύθυνση σπιν. Η σύμβαση συνήθως εκχωρεί το επάνω σπιν πρώτα σε ένα μη πλήρως κατειλημμένο τροχιακό.

Διαβάστε περισσότερα από το ChemTalk

Ονομασία αλκανίων

Μοριακός τύπος έναντι εμπειρικού τύπου

Ονομασία ιοντικών ενώσεων