Bir Atomdaki Elektronu Tanımlamak İçin Kullanılan Dört Kuantum Sayısını Tanımlayın

Kuantum sayıları, bir atomun elektronunun enerjisini veya enerji durumunu tanımlayan değerlerdir. Sayılar bir elektronun dönüşünü, enerjisini, manyetik momentini ve açısal momentini gösterir. Purdue Üniversitesi'ne göre, kuantum sayıları Bohr modelinden, Schrödinger'in Hw = Ew dalga denkleminden, Hund'un kurallarından ve Hund-Mulliken yörünge teorisinden gelir. Bir atomdaki elektronları tanımlayan kuantum sayılarını anlamak için ilgili fizik ve kimya terimlerine ve ilkelerine aşina olmak faydalı olacaktır.

Elektronlar, orbital adı verilen atomik kabuklarda dönerler. "n" ile karakterize edilen ana kuantum sayısı, bir atomun çekirdeğinden bir elektrona olan uzaklığı, atomun boyutunu tanımlar. yörünge ve "ℓ" ile temsil edilen ikinci kuantum sayısı olan azimut açısal momentum. Ayrıca asıl kuantum sayısı Elektronlar sabit bir hareket halindeyken, zıt yüklere sahip olduklarından ve elektronlar tarafından çekildikleri için yörüngenin enerjisini tanımlar çekirdek. n=1 olan orbitaller, bir atomun çekirdeğine n=2 veya daha yüksek bir sayı olanlardan daha yakındır. n=1 olduğunda, bir elektron temel durumdadır. n=2 olduğunda, orbitaller uyarılmış durumdadır.

Açısal veya azimut “ or” ile temsil edilen kuantum sayısı, bir yörüngenin şeklini tanımlar. Ayrıca, hangi alt yörünge veya atomik kabuk katmanında bir elektron bulabileceğinizi de söyler. Purdue Üniversitesi, yörüngelerin ℓ=0 olduğunda küresel şekillere, ℓ=1 olduğunda kutupsal şekillere ve ℓ=2 olduğunda yonca yaprağı şekillerine sahip olabileceğini söylüyor. Fazladan taç yaprağı olan bir yonca yaprağı şekli ℓ=3 ile tanımlanır. Yörüngeler, ek yaprakları olan daha karmaşık şekillere sahip olabilir. Açısal kuantum sayıları, bir yörüngenin şeklini tanımlamak için 0 ile n-1 arasında herhangi bir tam sayıya sahip olabilir. Alt yörüngeler veya alt kabuklar olduğunda, bir harf her bir türü temsil eder: ℓ=0 için “s”, ℓ=1 için “p”, ℓ=2 için “d” ve ℓ=3 için “f”. Yörüngeler, daha büyük bir açısal kuantum sayısıyla sonuçlanan daha fazla alt kabuğa sahip olabilir. Alt kabuğun değeri ne kadar büyükse, o kadar enerjilidir. ℓ=1 ve n=2 olduğunda, 2 sayısı temel kuantum sayısını temsil ettiğinden alt kabuk 2p'dir ve p alt kabuğu temsil eder.

Manyetik kuantum sayısı veya "m", bir yörüngenin şekline (ℓ) ve enerjisine (n) dayalı olarak oryantasyonunu tanımlar. Denklemlerde, ℓ, m_{ℓ} alt simgeli küçük M harfi ile karakterize edilen manyetik kuantum sayısını göreceksiniz; bu, size bir alt düzey içindeki orbitallerin yönünü söyler. Purdue Üniversitesi, küre olmayan herhangi bir şekil için manyetik kuantum numarasına ihtiyacınız olduğunu belirtir, burada ℓ = 0, çünkü küreler yalnızca bir yönelime sahiptir. Öte yandan, yonca yaprağı veya kutup şeklinde bir yörüngenin "yaprakları" farklı yönlere bakabilir ve manyetik kuantum sayısı hangi yöne baktıklarını söyler. Ardışık pozitif tam sayılara sahip olmak yerine, bir manyetik kuantum sayısı -2, -1, 0, +1 veya +2 ​​integral değerlerine sahip olabilir. Bu değerler, alt kabukları elektronları taşıyan ayrı yörüngelere böler. Ek olarak, her bir alt kabuk 2ℓ+1 yörüngeye sahiptir. Bu nedenle, açısal kuantum sayısı 0'a eşit olan s alt kabuğunun bir yörüngesi vardır: (2x0)+1=1. Açısal kuantum sayısı 2'ye eşit olan d alt kabuğu beş yörüngeye sahip olacaktır: (2x2)+1=5.

Pauli Dışlama İlkesi, hiçbir iki elektronun aynı n, ℓ, m veya s değerlerine sahip olamayacağını söyler. Bu nedenle, aynı yörüngede sadece en fazla iki elektron olabilir. Aynı yörüngede iki elektron olduğunda, manyetik alan oluşturdukları için zıt yönlerde dönmeleri gerekir. Spin kuantum sayısı veya s, bir elektronun döndüğü yöndür. Bir denklemde, bu sayının küçük m harfi ve küçük s harfi veya m_{s} ile temsil edildiğini görebilirsiniz. Bir elektron yalnızca iki yönden birinde - saat yönünde veya saat yönünün tersine - dönebildiğinden, s'yi temsil eden sayılar +1/2 veya -1/2'dir. Bilim adamları, saat yönünün tersine olduğunda spini "yukarı" olarak adlandırabilirler, bu da spin kuantum sayısının +1/2 olduğu anlamına gelir. Spin "aşağı" olduğunda, m_{s} -1/2 değerine sahiptir.