Опишете четирите квантови числа, използвани за характеризиране на електрон в атом

Квантовите числа са стойности, които описват енергията или енергийното състояние на електрона на атома. Цифрите показват спина на електрона, енергията, магнитния момент и ъгловия момент. Според университета Пърдю квантовите числа идват от модела на Бор, уравнението Hw = Ew на Шрьодингер, правилата на Хунд и орбиталната теория на Хунд-Муликен. За да разберете квантовите числа, които описват електроните в атома, е полезно да се запознаете със свързаните с физиката и химията термини и принципи.

Електроните се въртят в атомни обвивки, наречени орбитали. Характеризирано с „n“, главното квантово число идентифицира разстоянието от ядрото на атом до електрон, размера на орбитален и азимутален ъглов момент, което е второто квантово число, представено с „" “. Главното квантово число също описва енергията на една орбитала, тъй като електроните са в постоянно състояние на движение, имат противоположни заряди и са привлечени от ядро. Орбитали, където n = 1 са по-близо до ядрото на атом от тези, където n = 2 или по-голямо число. Когато n = 1, електрон е в основно състояние. Когато n = 2, орбиталите са във възбудено състояние.

Представено от „ℓ“, ъгловото или азимутално квантово число идентифицира формата на орбитала. Той също така ви казва в кой суборбитален или атомен слой на обвивката можете да намерите електрон. Университетът Пърдю казва, че орбиталите могат да имат сферични форми, където ℓ = 0, полярни форми, където ℓ = 1, и форми на детелина, където ℓ = 2. Формата на детелина, която има допълнително венчелистче, се определя от ℓ = 3. Орбиталите могат да имат по-сложни форми с допълнителни венчелистчета. Ъгловите квантови числа могат да имат всяко цяло число между 0 и n-1, за да опишат формата на орбитала. Когато има суб-орбитали или под-черупки, буква представлява всеки тип: „s“ за ℓ = 0, „p“ за ℓ = 1, „d“ за ℓ = 2 и „f“ за ℓ = 3. Орбиталите могат да имат повече под-черупки, които водят до по-голямо ъглово квантово число. Колкото по-голяма е стойността на под-черупката, толкова по-енергична е тя. Когато ℓ = 1 и n = 2, под-черупката е 2p, тъй като числото 2 представлява основното квантово число, а p представлява под-черупката.

Магнитното квантово число, или „m“, описва ориентацията на орбитала въз основа на нейната форма (ℓ) и енергия (n). В уравнения ще видите магнитното квантово число, характеризиращо се с малка буква M с индекс ℓ, m_ {ℓ}, който ви казва ориентацията на орбиталите в подниво. Университетът Пърдю заявява, че се нуждаете от магнитно квантово число за всяка форма, която не е сфера, където ℓ = 0, тъй като сферите имат само една ориентация. От друга страна, "венчелистчетата" на една орбита с детелина или полярна форма могат да са обърнати в различни посоки, а магнитното квантово число показва в каква посока са изправени. Вместо да има последователни положителни интегрални числа, магнитното квантово число може да има интегрални стойности от -2, -1, 0, +1 или +2. Тези стойности разделят под-черупките на отделни орбитали, които носят електроните. Освен това всяка под-черупка има 2ℓ + 1 орбитали. Следователно под-черупката s, която е равна на ъгловото квантово число 0, има една орбитала: (2x0) + 1 = 1. Под-черупката d, която е равна на ъгловото квантово число 2, ще има пет орбитали: (2x2) + 1 = 5.

Принципът за изключване на Паули казва, че няма два електрона, които могат да имат еднакви n, ℓ, m или s стойности. Следователно, само максимум два електрона могат да бъдат в една и съща орбитала. Когато има два електрона в една и съща орбитала, те трябва да се въртят в противоположни посоки, тъй като създават магнитно поле. Спиновото квантово число или s е посоката, в която се върти електрон. В уравнение може да видите това число, представено с малка буква m и индекс малка буква s, или m_ {s}. Тъй като електронът може да се върти само в една от двете посоки - по посока на часовниковата стрелка или обратно на него - числата, които представляват s, са +1/2 или -1/2. Учените могат да наричат ​​въртенето като "нагоре", когато е обратно на часовниковата стрелка, което означава, че квантовото число на спина е +1/2. Когато завъртането е "надолу", то има стойност m_ {s} -1/2.