מספרים קוונטיים: צורות, מסלול אטומי ודוגמאות

מספר קוונטי הוא מספר שיש לו משמעות או פרמטר מיוחד לתיאור מצב של מערכת קוונטית.

בהתחלה אולי למדנו כמה תיאוריות אטומיות פשוטות כמו התיאוריה של ג'ון דלטון. עם זאת, התפתחויות טכנולוגיות הובילו לתיאוריות חדשות על האטום.

בעבר ידענו על תיאוריית האטומים של נילס בוהר הקובעת כי אטומים יכולים לנוע סביב גרעין האטום במסלולם.

אולם כעבור כמה שנים נולדה תיאוריה אטומית חדשה המכונה תורת הקוונטים לאחר גילוי תורת הדואליזם של גל החלקיקים.

תורת הקוונטים של האטום מספקת שינויים משמעותיים במודל האטומי.

בתורת הקוונטים, אטומים מעוצבים בצורה של מספרים או מה שמכונה מספר קוונטי. לפרטים נוספים, בואו נסתכל על מה זה ביל. קוונטית.

מקדים

"מספר קוונטי הוא מספר שיש לו משמעות או פרמטר מיוחד לתיאור מצב של מערכת קוונטית."

בהתחלה, תיאוריה זו הועלתה על ידי פיזיקאי מפורסם בשם ארווין שרדינגר עם תיאוריה שלעתים קרובות מכונה תורת מכניקת הקוונטים.

המודל האטומי שנפתר על ידו לראשונה היה המודל של אטום המימן באמצעות משוואת גל להשגת הביל. קוונטית.

ממספר זה נוכל לדעת על המודל של אטום החל מהמסלולים האטומיים המתארים את הנויטרונים והאלקטרונים שבהם ואת התנהגות האטום.

עם זאת, יש לציין כי המודל של תורת הקוונטים מבוסס על חוסר הוודאות במיקומי האלקטרונים. אלקטרון אינו דומה לכוכב לכת שמקיף כוכב במסלולו. עם זאת, אלקטרונים נעים על פי משוואת הגל כך שניתן "לחזות" את מיקום האלקטרון רק או שההסתברות ידועה.

לכן, תורת מכניקת הקוונטים מייצרת כמה הסתברויות אלקטרונים כך שניתן לקבוע את היקף האלקטרונים המפוזרים, או מה שמכונה אורביטלים.

מהו בעצם מספר קוונטי?

בעיקרון, מספר קוונטי מורכב מארבע קבוצות של מספרים, כלומר:

• מספר קוונטי עיקרי (n)
• מספר אזימוט (l)
• מספר מגנטי (מ ')
• מספר ספין.

מארבע קבוצות המספרים שלמעלה ניתן לדעת את רמת האנרגיה במסלול, הגודל, הצורה, ההסתברות הרדיאלית במסלול או אפילו אוריינטציה שלה.

בנוסף, מספר הספין יכול לתאר גם את המומנטום הזוויתי או את הסיבוב של אלקטרון במסלול. לפרטים נוספים, נסתכל בזה אחר זה על היסודות המרכיבים של ביל. קוונטית.

1. מספר קוונטי עיקרי (n)

כידוע, המספר הקוונטי הראשי מתאר את המאפיין העיקרי שנראה מאטום, כלומר רמת האנרגיה.

ככל שערכו של מספר זה גדול יותר, כך רמת האנרגיה של האורביטלים שיש לאטום גדולה יותר.

מכיוון שלאטום יש מעטפת של לפחות 1, המספר הקוונטי העיקרי נכתב כמספר שלם חיובי (1,2,3,….).

2. מספר קוונטי של אזימוט (l)

ישנם מספרים אחרי המספר הקוונטי הראשי אשר נקראים bil. אזימוט קוונטי.

המספר הקוונטי של האזימוט מתאר את צורת ההקפה שיש לאטום. צורת מסלול אורביטלית מתייחסת למיקום או למעטפת המשנה שאלקטרון עשוי לתפוס.

בכתב מספר זה נכתב על ידי הפחתת ה- bil. קוונטית עיקרית עם אחד (l = n-1).

אם לאטום יש 3 קליפות, אז מספר האזימוט הוא 2 או במילים אחרות יש 2 קליפות משנה בהן עשויים להיות אלקטרונים.

3. מספר מגנטי קוונטי (מ ')

לאחר הכרת צורת המסלול עם מספר האזימוט, ניתן לראות את כיוון המסלול גם עם bi. מגנטי קוונטי.

אוריינטציית המסלול המדוברת היא המיקום או הכיוון של המסלול שיש לאטום. למסלול יש לפחות פלוס מינוס את ערך מספר האזימוט שלו (m = ± l).

נניח שלאטום יש את המספר l = 3 אז המספר המגנטי הוא (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) או במילים אחרות לאטום יכול להיות 7 סוגים של כיוון.

4. מספר הקוונטים הספין

ביסודו של דבר, לאלקטרונים זהות פנימית הנקראת תנע זוויתי או מה שמכונה בדרך כלל ספין.

זהות זו מתוארת על ידי מספר הנקרא מספר קוונטי ספין.

הערך המתואר הוא רק הערך החיובי או השלילי של ספין או שמכונה בדרך כלל סיבוב למעלה וסיבוב למטה.

מכאן, ביל. הקוונט הסיבוב מורכב רק מ (+1/2 ו- -1/2). אם ביל. לקוונטים מספר ספין של +1/2 כך שלאלקטרונים יש כיוון סיבוב למעלה.

להלן דוגמה לטבלה של מספרים קוונטיים כך שתבינו יותר על שטרות. קוונטית.

מסלול אטומי

בעבר למדנו כי מסלול הוא מקום או מרחב שאטום עשוי לתפוס.

כדי שתוכלו להבין את האורביטלים בואו נסתכל על התמונה למטה.

התמונה לעיל היא צורה של מסלול אטום. החץ בתמונה למעלה מראה את המסלול או את החלל שאלקטרון עשוי לתפוס.

מהתמונה לעיל אנו יכולים לראות שלאטום שני חללים שעשויים להיות תפוסים על ידי אלקטרונים.

אטום מכיל ארבעה סוגים של תת-קליפות, כלומר קליפות המשנה s, p, d ו- f. מכיוון שתת קליפות האטום שונות, גם צורת האורביטליות שונה.

להלן כמה תיאורים של האורביטלים שיש לאטום.

תצורת האלקטרון

לאחר שנדע כיצד לדגם את האטום על פי התיאוריה המכנית הקוונטית, נדון בתצורה או בסידור האלקטרונים במסלולים אטומיים.

ישנם שלושה כללים עיקריים המהווים בסיס לסידור האלקטרונים באטומים. שלושת הכללים הם:

1. העיקרון של Aufbau

עקרון Aufbau הוא כלל של סידור אלקטרונים שבו האלקטרונים תופסים תחילה את האורביטלים עם רמת האנרגיה הנמוכה ביותר.

כדי שלא תתבלבלו, התמונה למטה היא כללי ההסדר על פי עקרון Aufbau.

2. האיסור על פאולי

כל סידור אלקטרונים יכול להתמלא מרמת האנרגיה המסלולית הנמוכה ביותר לגבוהה ביותר.

עם זאת, פאולי הדגיש כי באטום אחד אי אפשר להכיל שני אלקטרונים בעלי מספר קוונטי זהה. כל מסלול יכול להיות תפוס רק על ידי שני סוגים של אלקטרונים בעלי ספינים מנוגדים.

3. כלל המאה

אם אלקטרון מתמלא באותה רמת אנרגיה מסלולית, אז מיקום האלקטרונים מתחיל על ידי מילוי האלקטרונים המסתובבים תחילה בכל מסלול החל מרמת אנרגיה נמוכה. ואז המשך במילוי הסיבוב למטה.

תצורת האלקטרונים מפושטת לעיתים קרובות עם יסודות הגז האצילי כפי שמוצג לעיל.

בנוסף נמצאו חריגות בתצורת האלקטרונים, כמו למשל בקובץ המשנה d. בתת מעטפת d, האלקטרונים נוטים להיות מלאים למחצה או מלאים לחלוטין. לכן לתצורת אטום Cr יש תצורה ₂₄Cr: [Ar] 4s13d5.

דוגמה לבעיות

להלן מספר שאלות לדוגמא כדי להבין טוב יותר את החשבונות. קוונטית

דוגמה 1

לאלקטרון יש ערך של מספר קוונטי עיקרי (n) = 5. קבע כל שטר. קוונטיות אחרות?

תשובה

 הערך של n = 5
ערך l = 0,1,2 ו- 3
הערך של m = בין -1 ל- +1
לערך l = 3, הערך m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 

דוגמה 2

קבע את תצורת האלקטרונים ודיאגרמת האלקטרונים של אטום היסוד ₃₂Ge

תשובה

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

דוגמה 3

קבע את תצורת האלקטרונים ודיאגרמת האלקטרונים של היון ₈O2−

תשובה

₈O2−: 1s2 2s2 2p6 או [He] 2s2 2p6 או [Ne] (2 אלקטרונים נוספו: 2s2 2p4 + 2)

דוגמה 4

קבעו את המספרים הקוונטיים העיקריים, האזימוטים והמגנטיים שיכולים להיות לאלקטרון שתופס את רמת האנרגיה התת-ממדית.

תשובה

n = 4 ו- l = 3. אם l = 2 אז m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

דוגמה 5

קבע את ה- bil. יסוד קוונטי ₂₈ני

תשובה

₂₈Ni = [Ar] 4s2 3d8