תאר את ארבעת המספרים הקוונטיים המשמשים לאפיון אלקטרון באטום

מספרים קוונטיים הם ערכים המתארים את האנרגיה או את המצב האנרגטי של האלקטרון של האטום. המספרים מצביעים על ספין, אנרגיה, רגע מגנטי ורגע זוויתי של אלקטרון. על פי אוניברסיטת פרדו, מספרים קוונטיים מגיעים ממודל בוהר, משוואת Hw = Ew של שרדינגר, הכללים של Hund ותיאוריית מסלול ההונד-מוליקן. כדי להבין את המספרים הקוונטיים המתארים את האלקטרונים באטום, כדאי להכיר את המונחים והעקרונות הפיזיים והכימיים הקשורים אליהם.

אלקטרונים מסתובבים בקליפות אטום הנקראות אורביטלים. מספר הקוונטים הראשי מזהה את המרחק מגרעין האטום לאלקטרון, בגודל של מסלול המומנטום הזוויתי האזימוטלי, שהוא המספר הקוונטי השני המיוצג על ידי "ℓ". מספר הקוונטים העיקרי גם כן מתאר את האנרגיה של מסלול כמו אלקטרונים נמצאים במצב תנועה קבוע, יש מטענים מנוגדים, והם נמשכים גַרעִין. מסלולים שבהם n = 1 קרובים יותר לגרעין האטום מאלו שבהם n = 2 או מספר גבוה יותר. כאשר n = 1, אלקטרון נמצא במצב קרקע. כאשר n = 2, האורביטלים נמצאים במצב נרגש.

מיוצג על ידי "ℓ", המספר הקוונטי הזוויתי, או האזימוטלי, מזהה את צורתו של מסלול. זה גם אומר לך באיזו שכבת מעטפת תת-ליבתית או אטומית אתה יכול למצוא אלקטרון. אוניברסיטת פרדו אומרת כי אורביטלים יכולים להיות בעלי צורות כדוריות כאשר ℓ = 0, צורות קוטביות כאשר ℓ = 1 וצורות עלי תלתן כאשר ℓ = 2. צורת עלה עם עלי כותרת נוספת מוגדרת על ידי ℓ = 3. לאורביטלים יכולות להיות צורות מורכבות יותר עם עלי כותרת נוספים. למספרים קוונטיים זוויתיים יכול להיות כל מספר שלם בין 0 ל- n-1 כדי לתאר את צורתו של מסלול. כשיש תת-מסלולים, או תת-קליפות, אות מייצגת כל סוג: "s" עבור ℓ = 0, "p" עבור ℓ = 1, "d" עבור ℓ = 2 ו- "f" עבור ℓ = 3. במסלול האורביטלי יכולות להיות יותר מעט קליפות שתוצאתן היא מספר קוונטי זוויתי גדול יותר. ככל שערכה של תת-מעטפת גדול יותר, כך הוא מלא אנרגיה. כאשר ℓ = 1 ו- n = 2, תת-הקליפה היא 2p שכן המספר 2 מייצג את המספר הקוונטי הראשי ו- p מייצג את תת-הקליפה.

המספר הקוונטי המגנטי, או "m", מתאר את האוריינטציה של מסלול המבוסס על צורתו (ℓ) ואנרגיה (n). במשוואות תראה את המספר הקוונטי המגנטי המאופיין באות M הקטנה עם כתב ℓ, m_ {ℓ}, המספר לך את כיוון האורביטלים ברמת משנה. אוניברסיטת פרדו קובעת שאתה צריך את המספר הקוונטי המגנטי עבור כל צורה שאינה כדור, כאשר ℓ = 0, מכיוון שלספירות יש כיוון אחד בלבד. מצד שני, "עלי הכותרת" של מסלול בעל ציפורן תלתן או קוטבית יכולים להתמודד עם כיוונים שונים, והמספר הקוונטי המגנטי אומר לאיזה כיוון הם פונים. במקום שיהיו מספרים אינטגרליים חיוביים רצופים, מספר קוונטי מגנטי יכול להיות בעל ערכים אינטגרליים של -2, -1, 0, +1 או +2. ערכים אלה מפצלים תת קליפות למסלולים בודדים הנושאים את האלקטרונים. בנוסף, לכל תת-מעטפת יש אורביטלים של 2als + 1. לכן, תת-מעטפת s, השווה למספר הקוונטי הזוויתי 0, כוללת מסלול אחד: (2x0) + 1 = 1. לתת-מעטפת d, השווה למספר הקוונטי הזוויתי 2, יהיו חמש מסלולים: (2x2) + 1 = 5.

עקרון ההדרה של פאולי אומר כי אין שני אלקטרונים שיכולים להיות זהים לערכים n, ℓ, m או s. לכן, מקסימום שני אלקטרונים יכולים להיות באותו מסלול. כשיש שני אלקטרונים באותו מסלול, הם חייבים להסתובב בכיוונים מנוגדים, מכיוון שהם יוצרים שדה מגנטי. מספר הקוונטים הספין, או s, הוא הכיוון שמסתובב אלקטרון. במשוואה, ייתכן שתראה את המספר הזה המיוצג על ידי אות קטנה ואות קטנה אות קטנה s, או m_ {s}. מכיוון שאלקטרון יכול להסתובב רק באחד משני הכיוונים - בכיוון השעון או נגד כיוון השעון - המספרים המייצגים את s הם +1/2 או -1/2. מדענים עשויים להתייחס לסיבוב כ"מעלה "כשהוא נגד כיוון השעון, כלומר המספר הקוונטי של הסיבוב הוא +1/2. כאשר הסיבוב "למטה", יש לו ערך m_ {s} של -1/2.