Kvantová čísla v chemii jsou soubory čísel, které popisují dráhu elektronu a pohyb v atomu. Když se kvantová čísla všech elektronů v daném atomu sečtou, musí splňovat Schrödingerova rovnice .

Kvantová čísla jsou množina čísel používaných k popisu polohy a energie elektronu v atomu. Existují čtyři typy kvantových čísel: hlavní, azimutální, magnetická a spinová. Kvantová čísla představují hodnoty konzervovaných veličin kvantového systému.

Pojďme se podrobně dozvědět o všech kvantových číslech v tomto článku.

Obsah

• Co jsou kvantová čísla?
• Typy kvantových čísel
• Význam kvantových čísel
• Atomový orbital
• Další zákony týkající se polohy a dráhy elektronů

Co jsou kvantová čísla?

Kvantová čísla jsou množinou konstantních hodnot v kvantovém přístupu. Kvantová čísla popř Elektronická kvantová čísla popsat elektron s číselnými hodnotami, které poskytují řešení Schrodingerovy vlnové rovnice pro atomy vodíku tato čísla mohou definovat polohu, energii a orientaci elektronu v atomu prostřednictvím sady čísel.

java obsahuje podřetězec

Podle Pauliho vylučovací princip , žádné dva elektrony v atomu nemohou mít stejnou sadu kvantových čísel. Pro charakterizaci každého kvantového čísla se používá poloviční nebo celočíselná hodnota. Hlavní, azimutální a magnetická kvantová čísla se vztahují k velikosti, tvaru a orientaci atomu.

Čtyři kvantová čísla lze použít k úplnému popisu všech vlastností daného elektronu v atomu; tyto jsou:

1. Hlavní kvantové číslo
2. Kvantové číslo orbitálního momentu hybnosti (nebo azimutální kvantové číslo).
3. Magnetické kvantové číslo
4. Kvantové číslo elektronového spinu

Typy kvantových čísel

Čtyři kvantová čísla se používají k úplnému popisu všech charakteristik elektronu v atomu. Tato kvantová čísla jsou:

• Hlavní kvantové číslo (n)
• Azimutální kvantové číslo (l)
• Magnetické kvantové číslo (m_l)
• Kvantové číslo (čísla) elektronového spinu

Hlavní kvantové číslo (n)

Symbol „n“ představuje hlavní kvantová čísla. Označují primární elektronový obal atomu. Protože popisuje nejpravděpodobnější vzdálenost mezi jádrem a elektrony, větší hodnota hlavního kvantového čísla implikuje větší vzdálenost mezi elektronem a jádrem (což zase implikuje větší velikost atomu).

• Hodnota hlavního kvantového čísla může být libovolné celé číslo s kladnou hodnotou rovnou nebo větší než jedna. Hodnota n=1 označuje nejvnitřnější elektronový obal atomu, který odpovídá stavu s nejnižší energií elektronu (neboli základnímu stavu).
• Výsledkem je, že hlavní kvantové číslo n nemůže mít zápornou hodnotu nebo se rovnat nule, protože atom nemůže mít zápornou hodnotu nebo žádnou hodnotu pro hlavní obal.
• Když je elektron naplněn energií (excitovaný stav), elektron skočí z jednoho hlavního obalu do vyššího obalu, což způsobí zvýšení hodnoty n.
• Podobně, když elektrony ztrácejí energii, vracejí se do nižších obalů, čímž se snižuje hodnota n. Absorpce se vztahuje ke zvýšení hodnoty n pro elektron, přičemž se zdůrazňuje fotony nebo energie absorbované elektronem.
• Podobně pokles hodnoty n pro elektron se označuje jako emise a zde elektrony vydávají svou energii.

Azimutální kvantové číslo (l) – Kvantové číslo orbitální úhlové hybnosti

Azimutální kvantové číslo (nebo orbitální moment hybnosti) popisuje tvar orbitalu. Je reprezentován písmenem „l“ a jeho hodnota se rovná celkovému počtu úhlových uzlů v orbitalu.

• Hodnota azimutálního kvantového čísla může označovat buď podslupku s, p, d nebo f, jejichž tvary se liší.
• Tato hodnota je určena (a omezena) hodnotou hlavního kvantového čísla, tj. azimutální kvantové číslo se pohybuje mezi 0 a (n-1).
• Například, pokud n = 3, azimutální kvantové číslo může mít tři hodnoty: 0, 1 a 2.
• Když je l nastaveno na nulu, výsledná podslupka je podslupka „s“.
• Když l=1 a l=2, výsledné podslupky jsou „p“ a „d“ podslupky (v tomto pořadí).
• V důsledku toho, když n=3, tři podslupky, které mohou existovat, jsou 3s, 3p a 3d. V jiném případě, kde n = 5, jsou možné hodnoty l 0, 1, 2, 3 a 4. Pokud l = 3, atom obsahuje tři úhlové uzly.

Magnetické kvantové číslo (m_l)

Magnetické kvantové číslo určuje celkový počet orbitalů v podslupce a také jejich orientaci. Je reprezentován symbolem „m_l.‘ Toto číslo představuje průmět momentu hybnosti orbitalu podél dané osy.

• Magnetické kvantové číslo je určeno azimutálním (nebo orbitálním momentem hybnosti) kvantovým číslem.
• Pro danou hodnotu l je hodnota m_lspadá mezi -l až +l. V důsledku toho je nepřímo závislá na hodnotě n.
• Pokud například n = 4 a l = 3 v atomu, magnetické kvantové číslo může být -3, -2, -1, 0, +1, +2 a +3. Celkový počet orbitalů v dané podslupce je určen hodnotou „l“ orbitalu.
• Vypočítá se pomocí vzorce (2l + 1). Například podslupka „3d“ (n=3, l=2) má 5 orbitalů (2*2 + 1). Každý orbital pojme dva elektrony. Výsledkem je, že 3D subshell pojme celkem 10 elektronů.

Kvantové číslo (čísla) elektronového spinu

Kvantové číslo spinu elektronů je nezávislé na n, l a m_lhodnoty. Hodnota tohoto čísla, označená symbolem m_s, označuje směr, kterým se elektron točí.

• m_shodnota udává směr, kterým se elektron otáčí. Kvantové číslo elektronového spinu může mít hodnoty mezi +1/2 a -1/2.
• Kladná hodnota m_soznačuje vzestupný spin na elektronu, také známý jako spin up.
• Pokud m_sje negativní, říká se, že dotyčný elektron má sestupný spin nebo spin dolů.
• Hodnota kvantového čísla elektronového spinu určuje, zda daný atom může generovat magnetické pole. Hodnota m_slze zobecnit na ±½.

Význam kvantových čísel

Kvantová čísla jsou významná, protože je lze použít k odhadu elektronové konfigurace atomu a toho, kde se jeho elektrony s největší pravděpodobností nacházejí. Atomový poloměr a ionizační energie atomů, kromě jiných vlastností, je také určena kvantovými čísly.

Každé kvantové číslo má svůj vlastní význam, který je popsán v následující tabulce:

Atomový orbital

Jak víme, elektrony se chovají jako vlny a polohu elektronu uvnitř atomu lze snadno definovat pomocí vlnové teorie kvantové mechaniky řešením Schrodingerovy vlnové rovnice na úrovni specifické energie atomu.

Tyto vlnové funkce, které definují polohu elektronu uvnitř atomu, se nazývají atomové orbitaly. Tyto orbitaly jsou místa, kde je největší pravděpodobnost nalezení elektronu. Uvnitř atomu jsou čtyři typy orbitalů

• s – orbitální
• p – orbitální
• d – orbitální
• f – orbitální

Atomové orbitaly jsou také definovány jako fyzický prostor uvnitř atomu, kde je pravděpodobnost nalezení elektronu nejvyšší.

Přečtěte si více:

• Elektronická konfigurace prvků
• Vyplňování orbitalů v atomu
• Tvary atomových orbitalů

Další zákony týkající se polohy a dráhy elektronů

Tři další pravidla a principy v chemii nám pomáhají porozumět poloze, dráze, orbitám a energetickým hladinám elektronů v atomu, o kterých se pojednává v následujících podkapitolách:

Princip struktury

Aufbauův princip, nazývaný také Aufbauovo pravidlo, říká, že elektrony jdou nejprve do atomových orbitalů s nižší energií před elektrony s vyšší energií. Aufbau znamená v němčině budova.

NCERT Definice principu struktury

V základním stavu atomů jsou orbitaly naplněny v pořadí jejich rostoucích energií.

The Princip konstrukce nám pomáhá zjistit, jak se elektrony uspořádají v atomech nebo iontech. Například podslupka 1s se zaplní před podslupkou 2s.

Zde je pořadí, ve kterém elektrony zaplňují orbitaly: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p a tak dále. Tento vzor plnění platí pro každý atom.

Pro příklad , pomocí Aufbauova principu, elektronická konfigurace síry se píše jako [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hundovo pravidlo maximální multiplicity

Hundovo pravidlo říká, že každý orbital v podúrovni dostane jeden elektron, než kterýkoli z nich dostane druhý. A všechny elektrony v těchto single-obsazených orbitalech mají stejný spin.

NCERT Definice Hundova pravidla

Párování elektronů v orbitalech patřících do stejné podslupky (p, d nebo f) se neuskuteční, dokud každý orbital patřící do této podslupky nemá po jednom elektronu, tj. není obsazen.

skořice vs mate

Hundovo pravidlo, nazývané také pravidlo maximální multiplicity, může vést k tomu, že atomy mají více nepárových elektronů. Tyto nepárové elektrony se mohou točit různými směry a vytvářet magnetické momenty v různých směrech.

Hundovo pravidlo platí pro určité molekuly, které mají nepárové elektrony.

Pauliho vylučovací princip

Pauliho vylučovací princip říká, že dvě identické částice s polovičními celočíselnými rotacemi nemohou být v rámci systému ve stejném kvantovém stavu.

NCERT Definice Pauliho principu vyloučení

Žádné dva elektrony v atomu nemohou mít stejnou sadu čtyř kvantových čísel.

NEBO

Ve stejném orbitalu mohou existovat pouze dva elektrony a tyto elektrony musí mít opačný spin.

V chemii, Pauliho vylučovací princip říká, že v rámci stejného atomu nemohou mít žádné dva elektrony všechna čtyři kvantová čísla stejná. To znamená, že nanejvýš dva elektrony mohou obsadit stejný orbital a musí mít opačné spiny.

Pauliho vylučovací princip stanovuje limity počtu elektronů ve slupce nebo podslupce.

Vyřešené otázky o kvantových číslech

Otázky 1: Najděte všechna čtyři kvantová čísla posledního elektronu Rubidia.

Řešení:

Rubidium má atomové číslo, Z = 37.

elektronická konfigurace rubidia,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

Valenční poslední obalový elektron je 5s¹

Proto,

Hlavní kvantové číslo, n = 5,

Azimutální kvantové číslo, l = 0,

Magnetické kvantové číslo, m_l= 0,

kolik je 10 ze 100

Spin kvantové číslo, s = +1/2

Otázky 2: Uveďte možné hodnoty magnetického kvantového čísla pro l = 2.

Řešení:

Vzhledem k tomu, azimutální kvantové číslo, l = 2

Víme, že,

m_l= – l až + l

Proto,

m_l= -2 až +2

tj.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Otázky 3: Najděte všechna čtyři kvantová čísla posledního elektronu sodíku.

Řešení:

Sodík má atomové číslo, Z = 11.

elektronická konfigurace rubidia,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valenční obal posledního elektronu je 3s¹

Proto,

Hlavní kvantové číslo, n = 3,

Azimutální kvantové číslo, l = 0,

Magnetické kvantové číslo, m_l= 0,

0,2 jako zlomek

Spin kvantové číslo, s = +1/2

Otázky 4: Uveďte možné hodnoty magnetického kvantového čísla pro l = 3.

Řešení:

Vzhledem k tomu, že azimutální kvantové číslo, l = 3

Víme, že,

pro l = 3,

m_l= – 3 až + 3

tj.

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Praktické problémy MCQ s kvantovými čísly

Chcete-li se dozvědět více o cvičení kvantových čísel MCQ na kvantitativní čísla

Časté otázky o kvantových číslech

Definujte kvantová čísla.

Soubor čísel, která se používají k definování polohy a energie počtu elektronů v atomu, se nazývají kvantová čísla.

Kolik existuje kvantových čísel?

Čtyři kvantová čísla jsou:

• Hlavní kvantové číslo (n)
• Azimutální kvantové číslo (l)
• Magnetické kvantové číslo (m_l)
• Kvantové číslo (čísla) elektronového spinu

Které kvantové číslo určuje tvar orbitalu?

Azimutální kvantové číslo (l) také nazývané Úhlové kvantové číslo definuje tvar orbitalu.

Které kvantové číslo určuje orientaci orbitalu?

Magnetické kvantové číslo (m_l) se používá k vyjádření orientace orbitalu v trojrozměrném prostoru.

Kolik kvantových čísel je potřeba k určení orbitalu?

K určení orbitalu atomu jsou zapotřebí tři kvantová čísla, která jsou:

• Hlavní kvantové číslo (n)
• Azimutální kvantové číslo (l)
• Magnetické kvantové číslo (m_l)

Které kvantové číslo určuje energii elektronu?

Energii elektronu lze snadno určit pomocí hlavního kvantového čísla (n) a azimutálního kvantového čísla (l) elektronu.

Co je kvantová energie?

Energie kvantových částic (tj. velmi velmi malých částic) se nazývá kvantová energie. Jedním ze způsobů měření kvantové energie je použití fotonu, což je nejmenší jednotka pro měření světelné energie a energie jiných elektromagnetických vln.

Co je spin elektronu?

Elektronový spin je kvantová vlastnost elektronů. Je to tvar s momentem hybnosti. Jako výukovou techniku ​​instruktoři přirovnávají elektronový spin k planetě rotující kolem své vlastní osy každých 24 hodin. K roztočení dochází, když se elektron otáčí ve směru hodinových ručiček na své ose; spin-down nastane, když se elektron točí proti směru hodinových ručiček.

Co je princip konstrukce?

Princip konstrukce je koncept v chemii, který vysvětluje, jak elektrony vyplňují atomové orbitaly v atomu. Podle tohoto principu elektrony obsazují orbitaly s nejnižší energií, které jsou k dispozici, než se přesunou do orbitálů s vyšší energií.

Co je Hundovo pravidlo třídy 11?

Hundovo pravidlo, často diskutované v chemii třídy 11, uvádí, že elektrony před spárováním obsadí orbitaly stejné energetické hladiny (subshell). Navíc elektrony v jednotlivě obsazených orbitalech budou mít paralelní spiny.

Co je plná forma SPDF?

SPDF je zkratka pro čtyři podúrovně nebo orbitaly v atomu: s, p, d a f. Tato písmena představují různé tvary a orientace atomových orbitalů, kde se pravděpodobně nacházejí elektrony.

• S: Ostrý
• Otázka: Hlavní
• D: difúzní
• F: základní

Proč se kvantum nazývá kvantum?

Termín kvantum pochází z latinského slova znamenajícího jak moc nebo Množství . Ve fyzice se odkazuje na diskrétní a nedělitelné jednotky, ve kterých jsou určité fyzikální veličiny, jako je energie a hybnost, kvantovány podle kvantové teorie. Tyto diskrétní jednotky jsou zásadní pro pochopení chování částic na atomární a subatomární úrovni. Proto je oblast kvantové fyziky pojmenována podle pojmu kvantování.