صف أربعة أرقام كمومية تستخدم لتمييز الإلكترون في الذرة

الأرقام الكمية هي القيم التي تصف الطاقة أو الحالة النشطة لإلكترون الذرة. تشير الأرقام إلى دوران الإلكترون والطاقة والعزم المغناطيسي والعزم الزاوي. وفقًا لجامعة بوردو ، تأتي الأرقام الكمومية من نموذج بور ، ومعادلة شرودنجر Hw = Ew ، وقواعد هوند ، ونظرية Hund-Mulliken المدارية. لفهم الأرقام الكمومية التي تصف الإلكترونات في الذرة ، من المفيد أن تكون على دراية بالمصطلحات والمبادئ الفيزيائية والكيميائية ذات الصلة.

تدور الإلكترونات في أصداف ذرية تسمى المدارات. يميز الرقم الكمي الرئيسي بـ "n" ، ويحدد المسافة من نواة الذرة إلى الإلكترون ، وهو حجم المداري والزخم الزاوي السمتي ، وهو الرقم الكمي الثاني الذي يمثله "ℓ". الرقم الكمي الرئيسي أيضًا يصف طاقة المدار حيث أن الإلكترونات في حالة حركة ثابتة ، ولها شحنات معاكسة ، وتنجذب إلى نواة. المدارات حيث n = 1 أقرب إلى نواة الذرة من تلك حيث n = 2 أو رقم أعلى. عندما ن = 1 ، يكون الإلكترون في حالة أرضية. عندما ن = 2 ، تكون المدارات في حالة الإثارة.

يمثل الرقم الكمي الزاوي أو السمتي ، الذي يمثله "" ، شكل المدار. يخبرك أيضًا في أي طبقة تحت المدارية ، أو طبقة الغلاف الذري ، يمكنك العثور على إلكترون فيها. تقول جامعة بوردو أن المدارات يمكن أن يكون لها أشكال كروية حيث ℓ = 0 ، والأشكال القطبية حيث ℓ = 1 وأشكال البرسيم حيث ℓ = 2. يتم تحديد شكل ورقة البرسيم الذي يحتوي على بتلة إضافية بواسطة ℓ = 3. يمكن أن يكون للمدارات أشكال أكثر تعقيدًا بتلات إضافية. يمكن أن تحتوي الأرقام الكمية الزاويّة على أي عدد صحيح بين 0 و n-1 لوصف شكل المدار. عندما يكون هناك مدارات فرعية ، أو قذائف فرعية ، يمثل الحرف كل نوع: "s" لـ ℓ = 0 ، و "p" لـ ℓ = 1 ، و "d" لـ ℓ = 2 و "f" لـ ℓ = 3. يمكن أن تحتوي المدارات على المزيد من الأصداف الفرعية التي تؤدي إلى عدد كمي زاوي أكبر. كلما زادت قيمة الغلاف الفرعي ، زاد نشاطه. عندما ℓ = 1 و n = 2 ، يكون الغلاف الفرعي 2p حيث يمثل الرقم 2 الرقم الكمي الرئيسي ويمثل p الغلاف الفرعي.

يصف رقم الكم المغناطيسي ، أو "م" ، اتجاه المدار بناءً على شكله (ℓ) والطاقة (ن). في المعادلات ، سترى عدد الكم المغناطيسي المميز بالحرف الصغير M مع الرمز ℓ ، m_ {ℓ} ، والذي يخبرك بتوجيه المدارات ضمن مستوى فرعي. تنص جامعة بوردو على أنك بحاجة إلى رقم الكم المغناطيسي لأي شكل ليس كرويًا ، حيث ℓ = 0 ، لأن الكرات لها اتجاه واحد فقط. من ناحية أخرى ، يمكن أن تواجه "بتلات" المدار مع ورقة البرسيم أو الشكل القطبي اتجاهات مختلفة ، ويحدد الرقم الكمومي المغناطيسي الطريقة التي تواجهها. بدلاً من وجود أرقام متكاملة موجبة متتالية ، يمكن أن يحتوي رقم كم مغناطيسي على قيم متكاملة من -2 أو -1 أو 0 أو +1 أو +2. تقسم هذه القيم الأصداف الفرعية إلى مدارات فردية تحمل الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي كل قشرة فرعية على مدارات 2ℓ + 1. لذلك ، فإن الغلاف الفرعي s ، الذي يساوي عدد الكم الزاوي 0 ، له مدار واحد: (2x0) + 1 = 1. سيكون للقذيفة الفرعية d ، التي تساوي عدد الكم الزاوي 2 ، خمسة مدارات: (2x2) + 1 = 5.

يقول مبدأ استبعاد باولي أنه لا يمكن لأي إلكترونين أن يكون لهما نفس قيم n أو ℓ أو m أو s. لذلك ، يمكن أن يكون إلكترونان كحد أقصى في نفس المدار. عندما يكون هناك إلكترونان في نفس المدار ، يجب أن يدوران في اتجاهين متعاكسين ، لأنهما يخلقان مجالًا مغناطيسيًا. عدد الكم المغزلي ، أو s ، هو الاتجاه الذي يدور فيه الإلكترون. في المعادلة ، قد ترى هذا الرقم مُمثلًا بحرف m صغير وحرف صغير منخفض ، أو m_ {s}. نظرًا لأن الإلكترون يمكنه فقط الدوران في أحد الاتجاهين - في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة - فإن الأرقام التي تمثل s هي +1/2 أو -1/2. قد يشير العلماء إلى الدوران على أنه "أعلى" عندما يكون عكس اتجاه عقارب الساعة ، مما يعني أن عدد كم الدوران هو +1/2. عندما يكون الدوران "لأسفل" ، تكون قيمة m_ {s} هي -1/2.