Nombres quàntics en Química, són els conjunts de nombres que descriuen l'òrbita i el moviment d'un electró dins d'un àtom. Quan se sumen els nombres quàntics de tots els electrons d'un àtom donat, han de satisfer el Equació de Schrodinger .

Els nombres quàntics són el conjunt de nombres utilitzats per descriure la posició i l'energia d'un electró en un àtom. Hi ha quatre tipus de nombres quàntics: principal, azimutal, magnètic i espín. Els nombres quàntics representen els valors de les quantitats conservades d'un sistema quàntic.

Coneixem tots els nombres quàntics en detall en aquest article.

Taula de contingut

• Què són els nombres quàntics?
• Tipus de nombres quàntics
• Importància dels nombres quàntics
• Orbital atòmic
• Altres lleis relacionades amb la posició i la trajectòria dels electrons

Què són els nombres quàntics?

Els nombres quàntics són el conjunt de valors constants en l'enfocament quàntic. Nombres quàntics o Nombres quàntics electrònics descriure un electró amb valors numèrics que proporcionen solucions a l'equació d'ona de Schrodinger per als àtoms d'hidrogen. Aquests nombres poden definir la posició, l'energia i l'orientació d'un electró en un àtom a través del conjunt de nombres.

escriviu json al fitxer python

D'acord amb la Principi d'exclusió de Pauli , no hi ha dos electrons en un àtom que tinguin el mateix conjunt de nombres quàntics. S'utilitza un valor mig enter o enter per caracteritzar cada nombre quàntic. Els nombres quàntics principals, azimutals i magnètics estan relacionats respectivament amb la mida, la forma i l'orientació de l'àtom.

Es poden utilitzar quatre nombres quàntics per descriure completament totes les propietats d'un electró determinat en un àtom; aquests són:

1. Nombre quàntic principal
2. Nombre quàntic de moment angular orbital (o nombre quàntic azimutal).
3. Nombre quàntic magnètic
4. El nombre quàntic d'espin electrònic

Tipus de nombres quàntics

S'utilitzen quatre nombres quàntics per descriure completament totes les característiques d'un electró en un àtom. Aquests nombres quàntics són:

• Nombre quàntic principal (n)
• Nombre quàntic azimutal (l)
• Nombre quàntic magnètic (m_l)
• Nombre quàntic d'espin electrònic (s)

Nombre quàntic principal (n)

El símbol 'n' representa els principals nombres quàntics. Denoten la capa d'electrons primària de l'àtom. Com que descriu la distància més probable entre el nucli i els electrons, un valor més gran del nombre quàntic principal implica una distància més gran entre l'electró i el nucli (que, al seu torn, implica una mida atòmica més gran).

• El valor del nombre quàntic principal pot ser qualsevol nombre enter amb un valor positiu igual o superior a un. El valor n=1 indica la capa d'electrons més interna d'un àtom, que correspon a l'estat d'energia més baixa d'un electró (o estat fonamental).
• Com a resultat, el nombre quàntic principal, n, no pot tenir un valor negatiu ni ser igual a zero perquè un àtom no pot tenir un valor negatiu o cap valor per a una capa principal.
• Quan un electró s'infon amb energia (estat excitat), l'electró salta d'una capa principal a una capa superior, fent que el valor de n augmenti.
• De la mateixa manera, a mesura que els electrons perden energia, tornen a les capes inferiors, reduint el valor de n. L'absorció fa referència a l'augment del valor de n per a un electró, destacant els fotons o l'energia absorbida per l'electró.
• De la mateixa manera, una disminució del valor de n per a un electró s'anomena emissió, i aquí és on els electrons emeten la seva energia.

Nombre quàntic azimutal (l) – Nombre quàntic del moment angular orbital

El nombre quàntic azimutal (o moment angular orbital) descriu la forma d'un orbital. Es representa amb la lletra 'l' i el seu valor és igual al nombre total de nodes angulars de l'orbital.

• Un valor del nombre quàntic azimutal pot indicar un subshell s, p, d o f, les formes de les quals varien.
• Aquest valor està determinat (i limitat per) pel valor del nombre quàntic principal, és a dir, el nombre quàntic azimutal oscil·la entre 0 i (n-1).
• Per exemple, si n = 3, el nombre quàntic azimutal pot tenir tres valors: 0, 1 i 2.
• Quan l es posa a zero, la subshell resultant és una subshell 's'.
• Quan l=1 i l=2, les subintèrprets resultants són 'p' i 'd', respectivament (respectivament).
• Com a resultat, quan n=3, les tres subshells que poden existir són 3s, 3p i 3d. En un altre cas on n = 5, els valors possibles de l són 0, 1, 2, 3 i 4. Si l = 3, l'àtom conté tres nodes angulars.

Nombre quàntic magnètic (m_l)

El nombre quàntic magnètic determina el nombre total d'orbitals en una subcapa així com la seva orientació. Es representa amb el símbol ‘m_l.’ Aquest nombre representa la projecció del moment angular de l’orbital al llarg d’un eix donat.

• El nombre quàntic magnètic està determinat pel nombre quàntic azimutal (o moment angular orbital).
• Per a un valor donat de l, el valor de m_lcau entre -l i +l. Com a resultat, depèn indirectament del valor de n.
• Per exemple, si n = 4 i l = 3 en un àtom, el nombre quàntic magnètic pot ser -3, -2, -1, 0, +1, +2 i +3. El nombre total d'orbitals en un subshell donat ve determinat pel valor 'l' de l'orbital.
• Es calcula mitjançant la fórmula (2l + 1). La subshell '3d' (n=3, l=2), per exemple, té 5 orbitals (2*2 + 1). Cada orbital pot contenir dos electrons. Com a resultat, la subcapa 3D pot acomodar un total de 10 electrons.

Nombre quàntic d'espin electrònic (s)

El nombre quàntic d'espin electrònic és independent de n, l i m_lvalors. El valor d'aquest nombre, indicat amb el símbol m_s, indica la direcció en què gira l'electró.

• El m_sEl valor indica la direcció en què gira l'electró. El nombre quàntic d'espin electrònic pot tenir valors entre +1/2 i -1/2.
• Un valor positiu de m_sdenota un gir ascendent a l'electró, també conegut com gir cap amunt.
• Si m_sés negatiu, es diu que l'electró en qüestió té un gir cap avall o un gir cap avall.
• El valor del nombre quàntic d'espín electrònic determina si l'àtom en qüestió pot generar un camp magnètic o no. El valor de m_ses pot generalitzar a ±½.

Importància dels nombres quàntics

Els nombres quàntics són importants perquè es poden utilitzar per estimar la configuració electrònica d'un àtom i on és més probable que es trobin els seus electrons. El radi atòmic i l'energia d'ionització dels àtoms, entre altres propietats, també estan determinats pels nombres quàntics.

Cada nombre quàntic té el seu propi significat que es descriu a la taula següent:

Orbital atòmic

Com sabem que els electrons es comporten com ones i la posició de l'electró dins de l'àtom es pot definir fàcilment amb l'ajuda de la teoria ondulatòria de la mecànica quàntica resolent l'equació d'ona de Schrodinger al nivell d'energia específic d'un àtom.

Aquestes funcions d'ona que defineixen la posició d'un electró dins d'un àtom s'anomenen orbitals atòmics. Aquests orbitals són els llocs que tenen més probabilitat de trobar l'electró. Hi ha quatre tipus d'orbitals dins d'un àtom

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

Els orbitals atòmics també es defineixen com l'espai físic dins de l'àtom on la probabilitat de trobar l'electró és més alta.

Llegeix més:

• Configuració electrònica d'elements
• Ompliment d'orbitals en àtom
• Formes dels orbitals atòmics

Altres lleis relacionades amb la posició i la trajectòria dels electrons

Altres tres regles i principis de la química ens ajuden a entendre la posició, la trajectòria, les òrbites i els nivells d'energia dels electrons en un àtom, aquests es discuteixen en subseccions posteriors:

Principi d'estructura

El principi d'Aufbau, també anomenat regla d'Aufbau, diu que els electrons entren als orbitals atòmics de menor energia abans que els de major energia. Aufbau significa construir en alemany.

NCERT Definició del principi d'estructura

En l'estat fonamental dels àtoms, els orbitals s'omplen per ordre de les seves energies creixents.

barra d'eines d'accés ràpid de ms word

El Principi de construcció ens ajuda a esbrinar com s'organitzen els electrons en àtoms o ions. Per exemple, la subshell 1s s'omple abans que la subshell 2s.

Aquest és l'ordre en què els electrons omplen els orbitals: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p i així successivament. Aquest patró d'ompliment s'aplica a cada àtom.

Per exemple , utilitzant el principi d'Aufbau, el configuració electrònica del sofre s'escriu com [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Regla de la màxima multiplicitat de Hund

La regla de Hund diu que cada orbital d'un subnivell rep un electró abans que cap d'ells n'obtingui un segon. I tots els electrons d'aquests orbitals d'ocupació única tenen el mateix espín.

Definició NCERT de la regla de Hund

L'aparellament d'electrons en els orbitals pertanyents a la mateixa subcapa (p, d o f) no té lloc fins que cada orbital pertanyent a aquesta subcapa té un electró cadascun, és a dir, està ocupat individualment.

La regla de Hund, també anomenada regla de la màxima multiplicitat, pot provocar que els àtoms tinguin múltiples electrons no aparellats. Aquests electrons no aparellats poden girar en diferents direccions, creant moments magnètics en diverses direccions.

La regla de Hund s'aplica a determinades molècules que tenen electrons no aparellats.

Principi d'exclusió de Pauli

El principi d'exclusió de Pauli diu que dues partícules idèntiques amb girs mig enters no poden estar en el mateix estat quàntic dins d'un sistema.

Definició NCERT del principi d'exclusió de Pauli

No hi ha dos electrons en un àtom que poden tenir el mateix conjunt de quatre nombres quàntics.

O

Només poden existir dos electrons en el mateix orbital i aquests electrons han de tenir espín oposat.

En química, el Principi d'exclusió de Pauli ens diu que dins del mateix àtom, no hi ha dos electrons que tinguin els quatre nombres quàntics idèntics. Això vol dir que, com a màxim, dos electrons poden ocupar el mateix orbital, i han de tenir espins oposats.

El principi d'exclusió de Pauli estableix límits sobre quants electrons poden estar en una capa o subcapa.

Preguntes resoltes sobre nombres quàntics

Qüestions 1: Trobeu els quatre nombres quàntics de l'últim electró del Rubidi.

Solució:

El rubidi té el nombre atòmic, Z = 37.

Configuració electrònica de Rubidi,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5 s¹

L'últim electró de la capa de valència és de 5 s¹

Per tant,

Nombre quàntic principal, n = 5,

Nombre quàntic azimutal, l = 0,

Nombre quàntic magnètic, m_l= 0,

Nombre quàntic de gir, s = +1/2

Qüestions 2: Indica els valors possibles del nombre quàntic magnètic per l = 2.

Solució:

Tenint en compte això, el nombre quàntic azimutal, l = 2

Ho sabem,

m_l= – l a + l

Per tant,

m_l= -2 a +2

és a dir

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Qüestions 3: Trobeu els quatre nombres quàntics de l'últim electró del sodi.

llavors vs espores

Solució:

El sodi té el nombre atòmic, Z = 11.

Configuració electrònica de Rubidi,

1s²2s²2p⁶3s¹

L'últim electró de la capa de valència és de 3 s¹

Per tant,

Nombre quàntic principal, n = 3,

Nombre quàntic azimutal, l = 0,

Nombre quàntic magnètic, m_l= 0,

hashmap java

Nombre quàntic de gir, s = +1/2

Qüestions 4: Indica els valors possibles del nombre quàntic magnètic per a l = 3.

Solució:

Tenint en compte això, el nombre quàntic azimutal, l = 3

Ho sabem,

per l = 3,

m_l= – 3 a + 3

és a dir

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

Nombres quàntics MCQ Problemes de pràctica

Per obtenir més informació sobre la pràctica dels nombres quàntics MCQ sobre nombres quantitatius

Preguntes freqüents sobre nombres quàntics

Definir nombres quàntics.

El conjunt de nombres que s'utilitzen per definir la posició i l'energia del nombre d'electrons d'un àtom s'anomenen nombres quàntics.

Quants nombres quàntics hi ha?

Els quatre nombres quàntics són:

• Nombre quàntic principal (n)
• Nombre quàntic azimutal (l)
• Nombre quàntic magnètic (m_l)
• Nombre quàntic d'espin electrònic (s)

Quin nombre quàntic especifica la forma d'un orbital?

El nombre quàntic azimutal (l) també anomenat nombre quàntic angular defineix la forma de l'orbital.

Quin nombre quàntic determina l'orientació de l'orbital?

Nombre quàntic magnètic (m_l) s'utilitza per representar l'orientació de l'orbital a l'espai tridimensional.

Quants nombres quàntics es necessiten per especificar un orbital?

Es necessiten tres nombres quàntics per especificar l'orbital d'un àtom que són:

• Nombre quàntic principal (n)
• Nombre quàntic azimutal (l)
• Nombre quàntic magnètic (m_l)

Quin nombre quàntic determina l'energia de l'electró?

L'energia de l'electró es pot determinar fàcilment utilitzant el nombre quàntic principal (n) i el nombre quàntic azimutal (l) d'un electró.

Què és l'energia quàntica?

L'energia de les partícules quàntiques (és a dir, partícules molt molt petites) s'anomena energia quàntica. Una manera de mesurar l'energia quàntica és utilitzar Photon, que és la unitat més petita per mesurar l'energia de la llum i l'energia d'altres ones electromagnètiques.

Què és el spin d'un electró?

L'espin electrònic és una propietat quàntica dels electrons. És una forma amb moment angular. Com a tècnica d'ensenyament, els instructors comparen el gir electrònic amb el planeta que gira sobre el seu propi eix cada 24 hores. La rotació es produeix quan l'electró gira en sentit horari sobre el seu eix; La rotació es produeix quan l'electró gira en sentit contrari a les agulles del rellotge.

Què és el principi de construcció?

Principi de construcció és un concepte en química que explica com els electrons omplen els orbitals atòmics d'un àtom. Segons aquest principi, els electrons ocupen els orbitals d'energia més baixa disponibles abans de passar als orbitals d'energia més alta.

Quina és la classe de regles 11 de Hund?

La regla de Hund, que es discuteix sovint a la classe 11 de química, estableix que els electrons ocuparan orbitals del mateix nivell d'energia (subshell) per separat abans d'aparellar-se. A més, els electrons en orbitals ocupats individualment tindran girs paral·lels.

Què és Fullform de SPDF?

SPDF significa els quatre subnivells o orbitals d'un àtom: s, p, d i f. Aquestes lletres representen diferents formes i orientacions dels orbitals atòmics on és probable que es trobin electrons.

• S: Agut
• P: Principal
• D: difusa
• F: fonamental

Per què es diu quàntic quàntic?

El terme quàntic prové de la paraula llatina que significa quant o quantitat . En física, es refereix a les unitats discretes i indivisibles en què determinades magnituds físiques, com l'energia i el moment, es quantifiquen segons la teoria quàntica. Aquestes unitats discretes són fonamentals per entendre el comportament de les partícules a nivell atòmic i subatòmic. Per tant, el camp de la física quàntica rep el nom del concepte de quantització.