Kvantetal i kemi, er de sæt af tal, der beskriver en elektrons kredsløb og bevægelse inden for et atom. Når kvantetallene for alle elektronerne i et givet atom lægges sammen, skal de opfylde Schrödinger ligning .

Kvantetal er det sæt af tal, der bruges til at beskrive positionen og energien af ​​en elektron i et atom. Der er fire typer kvantetal: hovedtal, azimuttal, magnetisk og spin. Kvantetal repræsenterer værdierne af et kvantesystems bevarede mængder.

Lad os lære om alle kvantetallene i detaljer i denne artikel.

Indholdsfortegnelse

• Hvad er kvantetal?
• Typer af kvantetal
• Kvantetals betydning
• Atomorbital
• Andre love relateret til elektronernes position og vej

Hvad er kvantetal?

Kvantetal er sættet af konstante værdier i kvantetilgangen. Kvantetal eller Elektroniske kvantetal beskriv en elektron med numeriske værdier, der giver løsninger til Schrodinger-bølgeligningen for brintatomer, disse tal kan definere en elektrons position, energi og orientering i et atom gennem talsættet.

simpel datoformater i java

Ifølge Pauli udelukkelsesprincip , ikke to elektroner i et atom må have det samme sæt kvantetal. Et halvt heltal eller heltalsværdi bruges til at karakterisere hvert kvantetal. De vigtigste, azimutale og magnetiske kvantetal er henholdsvis relateret til atomets størrelse, form og orientering.

Fire kvantetal kan bruges til fuldt ud at beskrive alle egenskaberne for en given elektron i et atom; disse er:

1. Hovedkvantetal
2. Orbitalt vinkelmomentum kvantetal (eller azimutalt kvantetal).
3. Magnetisk kvantetal
4. Elektronspin kvantetal

Typer af kvantetal

Fire kvantetal bruges til fuldt ud at beskrive alle karakteristika for en elektron i et atom. Disse kvantetal er:

• Hovedkvantenummer (n)
• Azimutalt kvantetal (l)
• Magnetisk kvantetal (m_l)
• Elektronspin kvantetal (r)

Hovedkvantenummer (n)

Symbolet 'n' repræsenterer de vigtigste kvantetal. De betegner atomets primære elektronskal. Fordi det beskriver den mest sandsynlige afstand mellem kernen og elektronerne, indebærer en større værdi af det vigtigste kvantetal en større afstand mellem elektronen og kernen (hvilket igen indebærer en større atomstørrelse).

• Det primære kvantetals værdi kan være et hvilket som helst heltal med en positiv værdi lig med eller større end én. Værdien n=1 betegner et atoms inderste elektronskal, som svarer til en elektrons laveste energitilstand (eller grundtilstand).
• Som et resultat heraf kan det primære kvantetal, n, ikke have en negativ værdi eller være lig med nul, fordi et atom ikke kan have en negativ værdi eller ingen værdi for en hovedskal.
• Når en elektron tilføres energi (exciteret tilstand), springer elektronen fra en hovedskal til en højere skal, hvilket får værdien af ​​n til at stige.
• På samme måde, når elektroner mister energi, vender de tilbage til lavere skaller, hvilket sænker værdien af ​​n. Absorption refererer til stigningen i værdien af ​​n for en elektron, hvilket understreger fotonerne eller energien absorberet af elektronen.
• På samme måde kaldes et fald i værdien af ​​n for en elektron emission, og det er her elektronerne udsender deres energi.

Azimutalt kvantetal (l) – Orbitalt vinkelmoment kvantetal

Det azimutale kvantetal (eller orbital vinkelmoment) beskriver formen af ​​en orbital. Det er repræsenteret af bogstavet 'l', og dets værdi er lig med det samlede antal vinkelknuder i orbitalen.

• En værdi af det azimutale kvantetal kan betegne enten en s, p, d eller f subshell, hvis former varierer.
• Denne værdi er bestemt af (og begrænset af) værdien af ​​det primære kvantetal, dvs. det azimutale kvantetal ligger mellem 0 og (n-1).
• For eksempel, hvis n = 3, kan det azimutale kvantetal have tre værdier: 0, 1 og 2.
• Når l er sat til nul, er den resulterende subshell en 's' subshell.
• Når l=1 og l=2, er de resulterende underskaller henholdsvis 'p' og 'd' underskaller (henholdsvis).
• Som et resultat, når n=3, er de tre underskaller, der kan eksistere, 3s, 3p og 3d. I et andet tilfælde, hvor n = 5, er de mulige værdier af l 0, 1, 2, 3 og 4. Hvis l = 3, indeholder atomet tre vinkelknuder.

Magnetisk kvantetal (m_l)

Det magnetiske kvantetal bestemmer det samlede antal orbitaler i en underskal såvel som deres orientering. Det er repræsenteret af symbolet 'm_l.’ Dette tal repræsenterer projektionen af ​​orbitalens vinkelmomentum langs en given akse.

• Det magnetiske kvantetal bestemmes af det azimutale (eller orbitale vinkelmoment) kvantetal.
• For en given værdi af l, værdien af ​​m_lfalder mellem -l til +l. Som følge heraf er den indirekte afhængig af værdien af ​​n.
• For eksempel, hvis n = 4 og l = 3 i et atom, kan det magnetiske kvantetal være -3, -2, -1, 0, +1, +2 og +3. Det samlede antal orbitaler i en given underskal bestemmes af orbitalens 'l'-værdi.
• Det beregnes ved hjælp af formlen (2l + 1). ‘3d’ underskallen (n=3, l=2) har for eksempel 5 orbitaler (2*2 + 1). Hver orbital kan indeholde to elektroner. Som følge heraf kan 3d subshell rumme i alt 10 elektroner.

Elektronspin kvantetal (r)

Elektronspin kvantetallet er uafhængigt af n, l og m_lværdier. Værdien af ​​dette tal, angivet med symbolet m_s, angiver den retning, hvori elektronen drejer.

• Den m_sværdi angiver den retning, hvori elektronen drejer. Elektronspin kvantetallet kan have værdier mellem +1/2 og -1/2.
• En positiv værdi på m_sbetegner et opadgående spin på elektronen, også kendt som spin up.
• Hvis m_ser negativ, siges den pågældende elektron at have et nedadgående spin eller spin ned.
• Værdien af ​​elektronspin-kvantetallet bestemmer, om det pågældende atom kan generere et magnetfelt eller ej. Værdien af ​​m_skan generaliseres til ±½.

Kvantetals betydning

Kvantetal er betydelige, fordi de kan bruges til at estimere et atoms elektronkonfiguration, og hvor dets elektroner er mest sandsynligt placeret. Atomernes atomradius og ioniseringsenergi, blandt andre egenskaber, bestemmes også af kvantetal.

Hvert kvantetal har sin egen betydning, som er beskrevet i følgende tabel:

Atomorbital

Som vi ved, at elektroner opfører sig som bølger, og positionen af ​​elektronen inde i atomet kan nemt defineres ved hjælp af kvantemekanikkens bølgeteori ved at løse Schrodinger-bølgeligningen på et atoms specifikke energiniveau.

Disse bølgefunktioner, der definerer en elektrons position inde i et atom, kaldes atomorbitaler. Disse orbitaler er de steder, der har størst sandsynlighed for at finde elektronen. Der er fire typer orbitaler inde i et atom

• s – orbital
• p – orbital
• d – orbital
• f – orbital

Atomorbitaler er også defineret som det fysiske rum inde i atomet, hvor sandsynligheden for at finde elektronen er højest.

Læs mere:

• Elektronisk konfiguration af elementer
• Fyldning af orbitaler i atom
• Former af atomare orbitaler

Andre love relateret til elektronernes position og vej

Tre andre regler og principper i kemi hjælper os med at forstå position, vej, baner og energiniveauer for elektroner i et atom, disse diskuteres i efterfølgende underafsnit:

Strukturprincip

Aufbau-princippet, også kaldet Aufbau-reglen, siger, at elektroner går ind i atomorbitaler med lavere energi først før højere energi. Aufbau betyder opbygning på tysk.

NCERT Definition af strukturprincip

I atomernes grundtilstand fyldes orbitalerne i rækkefølge efter deres stigende energier.

hvordan opgraderer jeg java

Det Konstruktionsprincip hjælper os med at finde ud af, hvordan elektroner arrangerer sig i atomer eller ioner. For eksempel bliver 1s subshell fyldt op før 2s subshell.

Her er rækkefølgen, hvori elektroner fylder orbitalerne: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p og og så videre. Dette fyldningsmønster gælder for hvert atom.

Til eksempel , ved hjælp af Aufbau-princippet elektronisk konfiguration af svovl er skrevet som [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hunds regel om maksimal multiplicitet

Hunds regel siger, at hver orbital i et underniveau får én elektron, før nogen af ​​dem får en anden. Og alle elektronerne i disse enkeltbesatte orbitaler har det samme spin.

NCERT Definition af Hunds regel

Parring af elektroner i de orbitaler, der hører til den samme underskal (p, d eller f), finder ikke sted, før hver orbital, der tilhører den underskal, har fået en elektron hver, dvs. den er optaget enkeltvis.

Hunds regel, også kaldet den maksimale multiplicitetsregel, kan resultere i, at atomer har flere uparrede elektroner. Disse uparrede elektroner kan spinde i forskellige retninger og skabe magnetiske momenter i forskellige retninger.

Hunds regel gælder for visse molekyler, der har uparrede elektroner.

Pauli udelukkelsesprincip

Pauli udelukkelsesprincippet siger, at to identiske partikler med halvt heltals spin ikke kan være i samme kvantetilstand i et system.

NCERT Definition af Pauli Exclusion Principle

Ingen to elektroner i et atom kan have det samme sæt af fire kvantetal.

ELLER

Kun to elektroner kan eksistere i samme orbital, og disse elektroner skal have modsat spin.

I kemi er Pauli udelukkelsesprincip fortæller os, at inden for det samme atom kan to elektroner ikke have alle fire deres kvantetal identiske. Det betyder, at to elektroner højst kan optage den samme orbital, og de skal have modsatte spin.

Pauli udelukkelsesprincippet sætter grænser for, hvor mange elektroner der kan være i en skal eller en underskal.

Løste spørgsmål om kvantetal

Spørgsmål 1: Find alle fire kvantetal for den sidste elektron i Rubidium.

Løsning:

Rubidium har atomnummeret Z = 37.

Elektronisk konfiguration af Rubidium,

1s²2s²2 p⁶3s²3 s⁶3d¹⁰4s²4 p⁶5s¹

Valensens sidste skalelektron er 5s¹

Derfor,

Hovedkvantetal, n = 5,

Azimutalt kvantetal, l = 0,

Magnetisk kvantetal, m_l= 0,

Spin Quantum Number, s = +1/2

Spørgsmål 2: Angiv de mulige værdier af det magnetiske kvantetal for l = 2.

Løsning:

Givet det, det azimutale kvantetal, l = 2

Vi ved det,

m_l= – l til + l

Derfor,

m_l= -2 til +2

dvs.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Spørgsmål 3: Find alle fire kvantetal for den sidste elektron i natrium.

pyspark

Løsning:

Natrium har atomnummeret Z = 11.

Elektronisk konfiguration af Rubidium,

1s²2s²2 p⁶3s¹

Valensskal sidste elektron er 3s¹

Derfor,

Hovedkvantetal, n = 3,

Azimutalt kvantetal, l = 0,

Magnetisk kvantetal, m_l= 0,

0,2 som en brøkdel

Spin Quantum Number, s = +1/2

Spørgsmål 4: Angiv de mulige værdier af det magnetiske kvantetal for l = 3.

Løsning:

Givet det, det azimutale kvantetal, l = 3

Vi ved det,

for l = 3,

m_l= – 3 til + 3

dvs.

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

Quantum Numbers MCQs Øvelsesproblemer

For at lære mere om Quantum Numbers Practice MCQ'er på kvantitative tal

Ofte stillede spørgsmål om kvantenumre

Definer kvantetal.

Det sæt af tal, der bruges til at definere positionen og energien af ​​antallet af elektroner i et atom, kaldes kvantetal.

Hvor mange kvantetal er der?

De fire kvantetal er:

• Hovedkvantenummer (n)
• Azimutalt kvantetal (l)
• Magnetisk kvantetal (m_l)
• Elektronspin kvantetal (r)

Hvilket kvantetal angiver formen på en orbital?

Azimutalt kvantetal (l) også kaldet Angular kvantetal definerer formen af ​​orbitalen.

Hvilket kvantetal bestemmer orbitalens orientering?

Magnetisk kvantetal (m_l) bruges til at repræsentere orbitalens orientering i det tredimensionelle rum.

Hvor mange kvantetal kræves der for at specificere en orbital?

Der kræves tre kvantetal for at specificere et atoms orbital, som er:

• Hovedkvantenummer (n)
• Azimutalt kvantetal (l)
• Magnetisk kvantetal (m_l)

Hvilket kvantetal bestemmer elektronens energi?

Elektronens energi kan let bestemmes ved at bruge det principale kvantetal(n) og det azimutale kvantetal(l) for en elektron.

Hvad er kvanteenergi?

Energien af ​​kvantepartikler (dvs. meget meget små partikler) kaldes kvanteenergi. En måde at måle kvanteenergi på er at bruge Photon, som er den mindste enhed til at måle lysenergi og energi fra andre elektromagnetiske bølger.

Hvad er spin af en elektron?

Elektronspin er en kvanteegenskab for elektroner. Det er en form med vinkelmomentum. Som en undervisningsteknik sammenligner instruktører elektronspin med planeten, der roterer om sin egen akse hver 24. time. Spin-up opstår, når elektronen drejer med uret om sin akse; spin-down opstår, når elektronen drejer mod uret.

Hvad er konstruktionsprincippet?

Konstruktionsprincip er et begreb i kemi, der forklarer, hvordan elektroner fylder atomare orbitaler i et atom. Ifølge dette princip optager elektroner de laveste energiorbitaler, der er tilgængelige, før de flyttes til højere energi.

Hvad er Hunds regelklasse 11?

Hunds regel, der ofte diskuteres i klasse 11 kemi, siger, at elektroner vil optage orbitaler af samme energiniveau (subshell) enkeltvis, før de parrer sig. Derudover vil elektroner i enkeltbesatte orbitaler have parallelle spins.

Hvad er fuldform af SPDF?

SPDF står for de fire underniveauer eller orbitaler i et atom: s, p, d og f. Disse bogstaver repræsenterer forskellige former og orienteringer af atomare orbitaler, hvor elektroner sandsynligvis findes.

• S: Skarpt
• Q: Main
• D: diffus
• F: grundlæggende

Hvorfor kaldes kvante kvante?

Udtrykket kvante stammer fra det latinske ord, der betyder hvor meget eller antal . I fysik refererer det til de diskrete og udelelige enheder, hvor visse fysiske størrelser, såsom energi og momentum, er kvantiseret i henhold til kvanteteori. Disse diskrete enheder er grundlæggende for at forstå partiklernes adfærd på atom- og subatomare niveau. Derfor er kvantefysikkens felt opkaldt efter begrebet kvantisering.