Kirjeldage nelja kvantnumbrit, mida kasutatakse aatomi elektroni iseloomustamiseks

Kvantarvud on väärtused, mis kirjeldavad aatomi elektroni energiat või energeetilist olekut. Numbrid tähistavad elektroni pöörlemist, energiat, magnetmomenti ja nurkmomenti. Purdue ülikooli andmetel pärinevad kvantarvud Bohri mudelist, Schrödingeri Hw = Ew laine võrrandist, Hundi reeglitest ja Hund-Mullikeni orbiiditeooriast. Kvantarvude mõistmiseks, mis kirjeldavad aatomi elektrone, on kasulik olla tuttav seotud füüsika ja keemia mõistete ja põhimõtetega.

Elektronid pöörlevad aatomkestades, mida nimetatakse orbitaalideks. N-tähega tähistab kvantnumber peamist aatomi tuuma ja elektroni vahekaugust, orbitaal ja asimutaalne nurkimpulss, mis on teine ​​kvantarv, mida tähistab "ℓ". Peamine kvantarv ka kirjeldab orbitaali energiat, kuna elektronid on pidevas liikumisolekus, neil on vastupidised laengud ja neid tõmbab tuum. Orbitaalid, kus n = 1, on aatomi tuumale lähemal kui need, kus n = 2 või suurem arv. Kui n = 1, on elektron põhiolekus. Kui n = 2, on orbitaalid ergastatud olekus.

Tähisega “ℓ” tähistatud nurk- või asimutaalne kvantarv tähistab orbitaali kuju. Samuti ütleb see teile, millises suborbitaalses ehk aatomkihi kihis leiate elektroni. Purdue ülikooli sõnul võivad orbitaalid olla kerakujulised, kus ℓ = 0, polaarsed, kus ℓ = 1, ja ristikheinalehed, kus ℓ = 2. Ristikheina kuju, millel on täiendav kroonleht, on määratletud järgmisega: ℓ = 3. Orbitaalidel võib olla täiendavate kroonlehtedega keerulisem kuju. Nurgakvantarvudel võib orbitaali kuju kirjeldamiseks olla mis tahes täisarv vahemikus 0 kuni n-1. Kui on alam-orbitaale või alakoore, tähistab tähte igat tüüpi: “s” tähistab ℓ = 0, “p” tähistab ℓ = 1, “d” tähistab ℓ = 2 ja “f” tähistab ℓ = 2. Orbitaalidel võib olla rohkem alamkestasid, mille tulemuseks on suurem nurgeline kvantarv. Mida suurem on alamkesta väärtus, seda pingestatud on see. Kui ℓ = 1 ja n = 2, on alamkest 2p, kuna number 2 tähistab peamist kvantarvu ja p tähistab alamkesta.

Magnetiline kvantarv ehk "m" kirjeldab orbiidi orientatsiooni selle kuju (ℓ) ja energia (n) põhjal. Võrrandites näete magnetilist kvantnumbrit, mida iseloomustab väiketäht M alaindeksiga ℓ, m_ {ℓ}, mis annab teada orbitaalide orientatsioonist alatasandil. Purdue ülikool väidab, et vajate magnetilist kvantarvu iga kuju jaoks, mis pole kera, kus ℓ = 0, kuna keradel on ainult üks orientatsioon. Teisest küljest võivad ristikheina- või polaarkujulise orbitaali "kroonlehed" olla suunatud erinevatesse suundadesse ja magnetiline kvantarv näitab, kummal pool nad on. Järjestikuste positiivsete integraalarvude asemel võib magnetilise kvantarvu integraalväärtus olla -2, -1, 0, +1 või +2. Need väärtused jagavad alamkarbid üksikuteks orbitaalideks, mis kannavad elektrone. Lisaks on igas alamkarbis 2ℓ + 1 orbitaali. Seetõttu on alamkoorel s, mis võrdub nurgakvantarvuga 0, üks orbitaal: (2x0) + 1 = 1. Alamkoorel d, mis võrdub nurgakvantarvuga 2, oleks viis orbitaali: (2x2) + 1 = 5.

Pauli välistamise põhimõte ütleb, et kahel elektronil ei saa olla ühesuguseid n, n, m ega s väärtusi. Seetõttu saavad ühes orbiidis olla ainult maksimaalselt kaks elektroni. Kui samal orbiidil on kaks elektroni, peavad nad pöörlema ​​vastassuunas, kuna nad loovad magnetvälja. Spinnkvantarv ehk s on suund, milles elektron pöörleb. Võrrandis võite seda numbrit tähistada väiketähega m ja alaindeksi väiketähega s või m_ {s}. Kuna elektron saab pöörelda ainult ühes kahest suunast - päripäeva või vastupäeva -, on s-sid tähistavad arvud +1/2 või -1/2. Teadlased võivad viidata pöörlemisele kui "üles", kui see on vastupäeva, mis tähendab, et spin-kvantarv on +1/2. Kui pöörlemine on allapoole, on selle m_ {s} väärtus -1/2.