Kvantne številke in elektronske orbitale

Kemija je večinoma preučevanje elektronskih interakcij med atomi in molekulami. Razumevanje vedenja elektronov v atomu, kot so Načelo Aufbau, je pomemben del razumevanja kemijske reakcije. Zgodnje atomske teorije uporabil idejo, da atom atoma sledi istim pravilom kot mini sončni sistem, kjer planeti krožijo elektrone, ki krožijo v središču protonskega sonca. Električne privlačne sile so veliko močnejše od gravitacijskih sil, vendar sledijo istim osnovnim obratnim kvadratnim pravilom za razdaljo. Zgodnja opazovanja so pokazala, da se elektroni gibljejo bolj kot oblak, ki obdaja jedro in ne kot posamezen planet. Oblika oblaka ali orbitala je bila odvisna od količine energije, kotni zagon in magnetni moment posameznega elektrona. Lastnosti atoma konfiguracija elektronov jih opisujejo štirje kvantna števila: n, ℓ, m, in s.

Prva je raven energije kvantno število, n. V orbiti so nižje energijske orbite blizu vira privlačnosti. Čim več energije daš telesu v orbito, tem dlje gre. Če telesu daste dovolj energije, bo sistem v celoti zapustil. Enako velja za orbitolo elektronov. Višje vrednosti

The drugo kvantno število je kotno kvantno število, ℓ. Vsaka vrednost n ima več vrednosti ℓ, ki segajo v vrednosti od 0 do (n-1). To kvantno število določa "obliko" oblak elektronov. V kemiji obstajajo imena za vsako vrednost ℓ. Prva vrednost ℓ = 0 se imenuje s orbitala. s orbitale so sferične, osredotočene na jedro. Drugi, = 1 se imenuje p orbitala. P orbitale so ponavadi polarne in tvorijo cvetni list solze s točko proti jedru. ℓ = 2 orbitali se imenuje d orbitala. Te orbitale so podobne p orbitalni obliki, vendar z več 'cvetnimi listi', kot je detelja. Lahko imajo tudi obročaste oblike okoli osnove cvetnih listov. Naslednja orbitala je ℓ = 3 f orbital. Te orbitale so videti podobno kot d orbitale, vendar s še več "cvetnimi listi". Višje vrednosti ℓ imajo imena, ki sledijo po abecednem vrstnem redu.

Tretje kvantno število je magnetno kvantno število, m. Te številke so bile prvič odkrite v spektroskopiji, ko so bili plinasti elementi izpostavljeni magnetnemu polju. Spektralna črta, ki ustreza določeni orbiti, bi se razdelila na več linij, ko bi čez plin uvedli magnetno polje. Število razcepljenih črt bi bilo povezano s kvantnim kotnim številom. Ta odnos prikazuje za vsako vrednost ℓ ustrezen niz vrednosti m najdemo od-from do ℓ. Ta številka določa orbitalno usmerjenost v prostoru. Na primer p orbitale ustrezajo ℓ = 1, lahko m vrednosti -1,0,1. To bi predstavljalo tri različne orientacije v prostoru za dvojne cvetne liste p orbitalne oblike. Običajno so definirani kot p_x, str_y, str_z da predstavljajo osi, s katerimi se poravnajo.

Četrto kvantno število je spin kvant številka, s. Obstajata le dve vrednosti za s, + ½ in –½. Temu se rečejo tudi "spin up" in "spin up". Ta številka se uporablja za razlago vedenja posameznih elektronov, kot da bi se vrteli v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri. Pomemben del orbitale je dejstvo, da je vsaka vrednost m ima dva elektrona in potreboval je način, da ju loči drug od drugega.

Te štiri številke, n, ℓ, m, in s lahko uporabimo za opisovanje elektrona v stabilnem atomu. Kvantna števila elektronov so edinstvena in jih v tem atomu ne more deliti drug elektron. Ta lastnost se imenuje Načelo izključitve Paulija. Stabilni atom ima toliko elektronov kot protoni. Pravila, ki jim elektroni sledijo, da se orientirajo okoli svojega atoma, so preprosta, ko se razumejo pravila, ki urejajo kvantna števila.

• n lahko imajo vrednosti celotnega števila: 1, 2, 3, ...
• Za vsako vrednost n, ℓ ima lahko celoštevilčne vrednosti od 0 do (n-1)
• m ima lahko poljubno vrednost celotne številke, vključno z ničlo, od -ℓ do + ℓ
• s lahko je + ½ ali -½