Descrieți cele patru numere cuantice utilizate pentru caracterizarea unui electron dintr-un atom

Numerele cuantice sunt valori care descriu energia sau starea energetică a electronului unui atom. Numerele indică rotirea, energia, momentul magnetic și momentul unghiular al unui electron. Potrivit Universității Purdue, numerele cuantice provin din modelul Bohr, ecuația undei Hw = Ew a lui Schrödinger, regulile lui Hund și teoria orbitală Hund-Mulliken. Pentru a înțelege numerele cuantice care descriu electronii dintr-un atom, este util să vă familiarizați cu termenii și principiile legate de fizică și chimie.

Electronii se rotesc în cochilii atomice numite orbitali. Caracterizat prin „n”, numărul cuantic principal identifică distanța de la nucleul unui atom la un electron, dimensiunea orbital și impulsul unghiular azimutal, care este al doilea număr cuantic reprezentat prin „ℓ”. Numărul cuantic principal, de asemenea descrie energia unui orbital deoarece electronii se află într-o stare constantă de mișcare, au sarcini opuse și sunt atrași de nucleu. Orbitalii în care n = 1 sunt mai aproape de nucleul unui atom decât cei în care n = 2 sau un număr mai mare. Când n = 1, un electron se află într-o stare de bază. Când n = 2, orbitalii sunt într-o stare excitată.

Reprezentat prin „ℓ”, numărul cuantic unghiular sau azimutal identifică forma unui orbital. De asemenea, vă spune în ce strat suborbital sau înveliș atomic puteți găsi un electron. Universitatea Purdue spune că orbitalii pot avea forme sferice unde ℓ = 0, forme polare unde ℓ = 1 și forme de trifoi unde ℓ = 2. O formă de trifoi care are o petală suplimentară este definită de ℓ = 3. Orbitalii pot avea forme mai complexe cu petale suplimentare. Numerele cuantice unghiulare pot avea orice număr întreg între 0 și n-1 pentru a descrie forma unui orbital. Când există suborbitali sau sub-cochilii, o literă reprezintă fiecare tip: „s” pentru ℓ = 0, „p” pentru ℓ = 1, „d” pentru ℓ = 2 și „f” pentru ℓ = 3. Orbitalii pot avea mai multe sub-cochilii care duc la un număr cuantic unghiular mai mare. Cu cât valoarea sub-coajă este mai mare, cu atât este mai energizată. Când ℓ = 1 și n = 2, sub-shell-ul este 2p, deoarece numărul 2 reprezintă numărul cuantic principal și p reprezintă sub-shell.

Numărul cuantic magnetic sau „m” descrie orientarea unui orbital pe baza formei sale (ℓ) și a energiei (n). În ecuații, veți vedea numărul cuantic magnetic caracterizat prin litera minusculă M cu un indice ℓ, m_ {ℓ}, care vă arată orientarea orbitalelor într-un sub-nivel. Universitatea Purdue afirmă că aveți nevoie de numărul cuantic magnetic pentru orice formă care nu este o sferă, unde ℓ = 0, deoarece sferele au o singură orientare. Pe de altă parte, „petalele” unui orbital cu trifoi sau formă polară pot face față în direcții diferite, iar numărul cuantic magnetic arată în ce direcție se confruntă. În loc să aibă numere integrale pozitive consecutive, un număr cuantic magnetic poate avea valori integrale de -2, -1, 0, +1 sau +2. Aceste valori împart sub-cochilii în orbitali individuali care transportă electronii. În plus, fiecare sub-shell are 2ℓ + 1 orbitali. Prin urmare, sub-coajă s, care este egal cu numărul cuantic unghiular 0, are un orbital: (2x0) + 1 = 1. Sub-shell d, care este egal cu numărul cuantic unghiular 2, ar avea cinci orbitali: (2x2) + 1 = 5.

Principiul de excludere Pauli spune că nu există doi electroni care pot avea aceleași valori n, ℓ, m sau s. Prin urmare, doar un maxim de doi electroni pot fi în același orbital. Când există doi electroni în același orbital, aceștia trebuie să se rotească în direcții opuse, deoarece creează un câmp magnetic. Numărul cuantic de spin, sau s, este direcția pe care o învârte un electron. Într-o ecuație, puteți vedea acest număr reprezentat printr-o minusculă m și o literă minusculă subindice s sau m_ {s}. Deoarece un electron poate roti doar într-una din cele două direcții - în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic - numerele care reprezintă s sunt +1/2 sau -1/2. Oamenii de știință se pot referi la rotire ca „sus” atunci când este în sens invers acelor de ceasornic, ceea ce înseamnă că numărul cuantic de rotire este +1/2. Când rotirea este „jos”, are o valoare m_ {s} de -1/2.