Kuantum Sayıları: Formlar, Atomik Orbital ve Örnekler

Kuantum sayısı, bir kuantum sisteminin durumunu tanımlayan özel bir anlamı veya parametresi olan bir sayıdır.

İlk başta John Dalton'un teorisi gibi bazı basit atom teorileri üzerinde çalışmış olabiliriz. Ancak teknolojik gelişmeler atom hakkında yeni teorilere yol açtı.

Önceden Niels Bohr'un atomların yörüngelerinde atom çekirdeği etrafında hareket edebileceğini belirten atom teorisini biliyorduk.

Ancak birkaç yıl sonra, parçacık dalgası düalizmi teorisinin keşfinden sonra, kuantum teorisi olarak bilinen yeni bir atom teorisi doğdu.

Atomun kuantum teorisi, atom modelinde önemli değişiklikler sağlar.

Kuantum teorisinde, atomlar sayılar veya sözde kuantum sayıları biçiminde modellenir . Daha fazla ayrıntı için, bilin ne olduğuna bakalım. kuantum.

ön hazırlık

"Kuantum sayısı, bir kuantum sisteminin durumunu açıklamak için özel bir anlamı veya parametresi olan bir sayıdır."

İlk başta bu teori, Erwin Schrödinger adlı ünlü bir fizikçi tarafından, genellikle kuantum mekaniği teorisi olarak adlandırılan bir teori ile ortaya atıldı.

Onun tarafından ilk çözülen atom modeli, bil'i elde etmek için bir dalga denklemi aracılığıyla hidrojen atomunun modeliydi. kuantum.

Bu sayıdan bir atomun modelini, içlerindeki nötronları ve elektronları ve atomun davranışını tanımlayan atomik orbitallerden başlayarak öğrenebiliriz.

Bununla birlikte, kuantum teorisinin modelinin elektron konumlarının belirsizliğine dayandığına dikkat edilmelidir. Bir elektron, kendi yörüngesindeki bir yıldızın etrafında dönen bir gezegen gibi değildir. Bununla birlikte, elektronlar dalga denklemine göre hareket ederler, böylece elektronun konumu yalnızca "tahmin edilebilir" veya olasılık bilinir.

Bu nedenle, kuantum mekaniği teorisi birkaç elektron olasılığı üretir, böylece saçılmış elektronların kapsamı bilinebilir veya orbitaller olarak adlandırılabilir.

Kuantum sayısı tam olarak nedir?

Temel olarak, bir kuantum sayı dört set sayıdan oluşur:

Ana kuantum sayısı (n)
Azimut numarası (l)
Manyetik sayı (m)
Döndürme sayıları.

Yukarıdaki dört sayı kümesinden yörünge enerji seviyesi, boyutu, şekli, yörünge radyal olasılığı ve hatta yönelimi de bilinebilir.

Ek olarak, spin sayısı bir orbitaldeki bir elektronun açısal momentumunu veya spinini de tanımlayabilir. Daha fazla ayrıntı için, bil'in kurucu unsurlarını tek tek görüyoruz. kuantum.

1. Ana kuantum sayısı (n)

Bildiğimiz gibi, ana kuantum sayısı bir atomdan görülen ana özelliği yani enerji seviyesini tanımlar.

Bu sayının değeri ne kadar büyükse, bir atomun sahip olduğu orbitallerin enerji seviyesi o kadar büyüktür.

Ayrıca şunu okuyun: Asimilasyon [Tam]: Tanım, Terimler ve Tam Örnekler

Bir atomun kabuğu en az 1 olduğundan, temel kuantum numarası pozitif bir tamsayı olarak yazılır (1,2,3,….).

2. Azimut Kuantum Numarası (l)

Bil denilen ana kuantum sayısından sonra sayılar vardır. kuantum azimut.

Azimut kuantum sayısı, bir atomun sahip olduğu yörünge şeklini tanımlar. Yörünge şekli, bir elektronun işgal edebileceği yeri veya alt kabuğu ifade eder.

Yazılı olarak, bu numara bil çıkarılarak yazılır. bir (l = n-1) ile temel kuantum.

Bir atomun 3 kabuğu varsa, azimut sayısı 2'dir veya başka bir deyişle, elektronların bulunabileceği 2 alt kabuk vardır.

3. Kuantum Manyetik Numarası (m)

Azimut sayısı ile yörüngenin şeklini öğrendikten sonra, yörüngenin yönü bi ile de görülebilir. kuantum manyetik.

Söz konusu yörünge yönü, bir atomun sahip olduğu yörüngenin konumu veya yönüdür. Bir yörünge, azimut sayısının en az artı ve eksi değerine sahiptir (m = ± l).

Bir atomun l = 3 numarasına sahip olduğunu ve manyetik sayısının (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) olduğunu veya başka bir deyişle atomun 7 tür yönelime sahip olabileceğini varsayalım.

4. Spin Kuantum Numaraları

Temel olarak, elektronlar, açısal momentum veya genellikle spin olarak bilinen içsel bir kimliğe sahiptir.

Bu kimlik daha sonra spin kuantum numarası olarak adlandırılan bir sayı ile tanımlanır.

Açıklanan değer, yalnızca pozitif veya negatif spin değeridir veya genellikle spin up ve spin down olarak bilinir.

Dolayısıyla bil. spin kuantumu yalnızca (+1/2 ve -1/2) 'den oluşur. Bir bil. kuantumun dönüş sayısı +1/2'dir, bu nedenle elektronlar bir dönüş yönüne sahiptir.

Aşağıda, faturalar hakkında daha fazla bilgi sahibi olmanız için bir kuantum sayıları tablosu örneği verilmiştir. kuantum.

Atomik Orbital

Daha önce bir yörüngenin bir atomun işgal edebileceği bir yer veya boşluk olduğunu öğrenmiştik.

Orbitalleri anlayabilmeniz için aşağıdaki resme bakalım.

Yukarıdaki resim, bir atomun yörüngesinin bir şeklidir. Yukarıdaki görüntüdeki ok, bir elektronun kaplayabileceği yörünge veya boşluğu göstermektedir.

Yukarıdaki resimden atomun elektronlar tarafından işgal edilebilecek iki boşluğa sahip olduğunu görebiliriz.

Bir atomun dört tür alt kabuğu vardır: s, p, d ve f alt kabukları. Bir atomdaki alt kabuklar farklı olduğu için orbitallerin şekli de farklıdır.

Aşağıda bir atomun sahip olduğu yörüngelerin bazı açıklamaları verilmiştir.

Elektron konfigürasyonu

Atomun kuantum mekaniği teorisine göre nasıl modelleneceğini öğrendikten sonra, elektronların atomik orbitallerdeki konfigürasyonunu veya düzenini tartışacağız.

Ayrıca şunu okuyun: Mutlak Değer Denklemleri (Tam Açıklama ve Örnek Problemler)

Elektronların atomlardaki dizilişinin temelini oluşturan üç ana kural vardır. Üç kural şunlardır:

1. Aufbau İlkesi

Aufbau ilkesi, elektronların önce en düşük enerji seviyesine sahip yörüngeleri işgal ettiği bir elektron düzenlemesi kuralıdır.

Kafanızın karışmaması için, aşağıdaki resim Aufbau İlkesine göre düzenleme kurallarıdır.

2. Pauli yasağı

Her elektron düzenlemesi, en düşük yörünge enerji seviyesinden en yükseğe kadar doldurabilir.

Ancak Pauli, bir atomda aynı kuantum numarasına sahip iki elektrondan oluşmanın mümkün olmadığını vurguladı. Her bir yörünge yalnızca zıt dönüşlere sahip iki tür elektron tarafından işgal edilebilir.

3. Hund Kuralı

Bir elektron aynı yörünge enerji seviyesinde dolarsa, elektronların yerleştirilmesi, düşük enerji seviyesinden başlayarak her yörüngede ilk önce spin up elektronlarını doldurarak başlar. Ardından döndürerek doldurmaya devam edin.

Elektron konfigürasyonu da yukarıda gösterildiği gibi soy gaz elementleri ile sıklıkla basitleştirilir.

Ek olarak, d alt kabuğundaki gibi elektron konfigürasyonundaki anormallikler de bulunur. D alt kabuğunda, elektronlar yarı dolu veya tamamen dolu olma eğilimindedir. Bu nedenle, Cr atomik konfigürasyonu ₂₄ Cr konfigürasyonuna sahiptir : [Ar] 4s13d5.

Sorun örneği

Rakamları daha iyi anlamak için bazı örnek sorular. kuantum

örnek 1

Bir elektronun temel kuantum sayısı (n) = 5 değeri vardır. Her faturayı belirleyin. diğer kuantum?

Cevap

 N = 5'in değeri
L = 0,1,2 ve 3 değeri
M değeri = -1 ile +1 arasında
L = 3 değeri için m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 değeri

Örnek 2

₃₂ Ge element atomunun elektron konfigürasyonunu ve elektron diyagramını bulun

Cevap

₃₂ Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 veya [Ar] 4s2 3d10 4p2

Örnek 3

₈ O2− iyonunun elektron konfigürasyonunu ve elektron diyagramını bulun

Cevap

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 veya [He] 2s2 2p6 veya [Ne] (2 elektron eklendi: 2s2 2p4 + 2)

Örnek 4

4d enerji alt seviyesini işgal eden bir elektronun sahip olabileceği temel, azimut ve manyetik kuantum sayılarını belirleyin.

Cevap

n = 4 ve l = 3. Eğer l = 2 ise m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Örnek 5

Bil'i belirleyin. kuantum element ₂₈ Ni

Cevap

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8