Квантовые числа

Квантовые числа в химии — это наборы чисел, которые описывают траекторию и движение электрона внутри атома. Когда квантовые числа всех электронов в данном атоме складываются вместе, они должны удовлетворять уравнению Шредингера . Квантовые числа — это набор чисел, используемых для описания положения и энергии электрона в атоме. Существует четыре типа квантовых чисел: главные, азимутальные, магнитные и спиновые. Квантовые числа представляют собой значения сохраняющихся величин квантовой системы. Электронные квантовые числа (квантовые числа, описывающие электроны) представляют собой набор числовых значений, которые обеспечивают решения волнового уравнения Шредингера. для атомов водорода.

Что такое квантовые числа?

Quantum numbers are the set of values of the constant quantities in a quantum approach. Quantum Numbers or Electronic quantum numbers describe an electron with numerical values that provide solutions to the Schrodinger wave equation for hydrogen atoms. Thus, this can define the position and energy of an electron in an atom through the set of numbers.

Согласно принципу запрета Паули никакие два электрона в атоме не могут иметь одинаковый набор квантовых чисел. Для характеристики каждого квантового числа используется полуцелое или целое значение. Главное, азимутальное и магнитное квантовые числа связаны соответственно с размером, формой и ориентацией атома.

Четыре квантовых числа можно использовать для полного описания всех свойств данного электрона в атоме; это:

1. Главное квантовое число
2. Квантовое число орбитального углового момента (или азимутальное квантовое число).
3. Магнитное квантовое число
4. Квантовое число спина электрона

Типы квантовых чисел

Четырехквантовое число полностью определяет электрон в атоме или обеспечивает полное знание об электроне в атоме. Четыре квантовых числа:

Главное квантовое число (n)

The symbol ‘n’ represents the principal quantum numbers. They denote the atom’s primary electron shell. Because it describes the most likely distance between the nucleus and the electrons, a larger value of the principal quantum number implies a greater distance between the electron and the nucleus (which, in turn, implies a greater atomic size).

• Значением главного квантового числа может быть любое целое число с положительным значением, равным или превышающим единицу. Значение n=1 обозначает самую внутреннюю электронную оболочку атома, которая соответствует самому низкому энергетическому состоянию электрона (или основному состоянию).
• В результате главное квантовое число n не может иметь отрицательное значение или равняться нулю, поскольку атом не может иметь отрицательное значение или не иметь значения для основной оболочки.
• Когда электрон наполняется энергией (возбужденное состояние), электрон перескакивает с одной основной оболочки на более высокую оболочку, что приводит к увеличению значения n.
• Точно так же, когда электроны теряют энергию, они возвращаются на более низкие оболочки, уменьшая значение n. Поглощение относится к увеличению значения n для электрона с акцентом на фотоны или энергию, поглощаемую электроном.
• Точно так же уменьшение значения n для электрона называется эмиссией, и именно здесь электроны излучают свою энергию.

Азимутальное квантовое число (l)

The azimuthal quantum number (or orbital angular momentum) describes the shape of an orbital. It is represented by the letter ‘l,’ and its value equals the total number of angular nodes in the orbital. 

• Значение азимутального квантового числа может обозначать подоболочку s, p, d или f, форма которой различается.
• Это значение определяется (и ограничивается) значением главного квантового числа, т. е. азимутальное квантовое число находится в диапазоне от 0 до (n-1).
• Например, если n = 3, азимутальное квантовое число может иметь три значения: 0, 1 и 2.
• Когда l установлено равным нулю, результирующая подоболочка является подоболочкой 's'.
• Когда l = 1 и l = 2, результирующие подоболочки являются подоболочками «p» и «d» соответственно (соответственно).
• В результате, когда n=3, могут существовать три подоболочки: 3s, 3p и 3d. В другом случае, когда n = 5, возможные значения l равны 0, 1, 2, 3 и 4. Если l = 3, атом содержит три угловых узла.

Магнитное квантовое число (m _l )

The magnetic quantum number determines the total number of orbitals in a subshell as well as their orientation. It is represented by the symbol ‘m_l.’ This number represents the projection of the orbital’s angular momentum along a given axis. 

• Магнитное квантовое число определяется азимутальным (или орбитальным угловым моментом) квантовым числом.
• Для заданного значения l значение m _l находится между -l и +l. В результате он косвенно зависит от значения n.
• Например, если в атоме n = 4 и l = 3, магнитное квантовое число может быть -3, -2, -1, 0, +1, +2 и +3. Общее количество орбиталей в данной подоболочке определяется значением l орбитали.
• Он рассчитывается по формуле (2л + 1). Подоболочка «3d» (n=3, l=2), например, имеет 5 орбиталей (2*2 + 1). Каждая орбиталь может содержать два электрона. В результате подоболочка 3d может вместить всего 10 электронов.

Квантовое число электронного спина (s)

The electron spin quantum number is independent of n, l, and m_l values. The value of this number, denoted by the symbol m_s, indicates the direction in which the electron is spinning. 

• Значение m _s указывает направление, в котором вращается электрон. Квантовое число спина электрона может принимать значения от +1/2 до -1/2.
• Положительное значение m _s указывает на направленное вверх вращение электрона, также известное как вращение вверх.
• Если m _s отрицательно, говорят, что рассматриваемый электрон имеет нисходящий спин или спин вниз.
• Значение квантового числа спина электрона определяет, может ли рассматриваемый атом генерировать магнитное поле. Значение m _s можно обобщить до ±½.

Значение квантовых чисел

Квантовые числа важны, потому что их можно использовать для оценки электронной конфигурации атома и того, где его электроны, скорее всего, будут расположены. Атомный радиус и энергия ионизации атомов, помимо прочих свойств, также определяются квантовыми числами.

Каждое квантовое число имеет свое значение:

• Главное квантовое число (n) описывает электронные уровни атома.
• Азимутальное квантовое число (l) представляет собой форму электронного облака.
• Магнитное квантовое число (m _l ) объясняет ориентацию электронного облака.
• Квантовое число спина (s) говорит о том, какой спин могут иметь электроны.

Часто задаваемые вопросы о квантовых числах

Вопрос 1: Что такое квантовая энергия?

Отвечать:

In mechanics, a quantum is a discrete natural unit or bundle of energy, charge, angular momentum, or other physical property. Photons, which are particle-like packets of light, are a concept that is frequently applied to quanta with other sources of electromagnetic radiation such as X rays and gamma rays.

Вопрос 2: Кто предложил главное квантовое число?

Отвечать:

The concept of energy levels and notation is based on the earlier Bohr model of the atom. Schrodinger’s equation transformed the concept of a two-dimensional flat Bohr atom into a three-dimensional wave motion model. Where n = 1, 2, 3 is referred to as the main quantity, and h is the Planck constant.

Вопрос 3: Что такое магнитная поляризация?

Отвечать:

Magnetization or magnetic polarisation is the vector field that represents the density of permanent or induced magnetic dipole moments in a magnetic medium in classical electromagnetism. M is represented by a pseudovector.

Вопрос 4: Укажите возможные значения магнитного квантового числа для l = 2.

Отвечать:

Given that, the Azimuthal Quantum Number, l = 2

We know that, 

m_l = -l to + l 

Therefore, 

m_l = -2 to +2

i.e. 

m₂ = -2, -1, 0, +1, +2

Вопрос 5: Дайте определение спину электрона.

Отвечать:

Electron spin is a quantum property of electrons. It is a shape with angular momentum. As a teaching technique, instructors compare electron spin to the planet rotating on its own axis every 24 hours. Spin-up occurs when the electron spins clockwise on its axis; spin-down occurs when the electron spins counterclockwise.

Вопрос 6: Каковы основные энергетические уровни?

Отвечать:

The shell or orbital in which an electron resides relative to the nucleus of the atom is referred to as the electron’s primary energy level in chemistry. This level is denoted by the principal quantum number n. The first element of the periodic table introduces a new key energy level.

Вопрос 7: Сколько электронов содержится в валентной оболочке атома?

Отвечать:

There are 8 electrons present in the outer-most shell of an atom.

Вопрос 8: Каково значение магнитных квантовых чисел?

Отвечать:

The number of orbitals and their orientation within a particular sub-shell are principally determined by the magnetic quantum number.

Вопрос 9: Напишите правильный набор из четырех квантовых чисел для валентного электрона рубидия.

Отвечать:

Rubidium has the atomic number, Z = 37.

Therefore, the electronic configuration can be written as,

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 5s¹

This implies the valence shell electron are 5s¹.

Therefore, 

Principal Quantum Number, n = 5,

Azimuthal Quantum Number, l = 0,

Magnetic Quantum Number, m_l = 0, and

Spin Quantum Number, s = +1/2.

Связанные ресурсы

• Electronic Configuration of Elements
• Filling of Orbitals in Atom
• Shapes of Atomic Orbitals