Kvantetall i kjemi, er settene med tall som beskriver et elektrons bane og bevegelse i et atom. Når kvantetallene til alle elektronene i et gitt atom legges sammen, må de tilfredsstille Schrödinger-ligningen .

Kvantetall er settet med tall som brukes til å beskrive posisjonen og energien til et elektron i et atom. Det er fire typer kvantetall: hovedtall, asimuttal, magnetisk og spinn. Kvantetall representerer verdiene av et kvantesystems bevarte mengder.

La oss lære om alle kvantetallene i detalj i denne artikkelen.

Innholdsfortegnelse

• Hva er kvantetall?
• Typer kvantetall
• Betydningen av kvantetall
• Atomorbital
• Andre lover knyttet til posisjonen og banen til elektroner

Hva er kvantetall?

Kvantetall er settet med konstante verdier i kvantetilnærmingen. Kvantetall eller Elektroniske kvantetall beskrive et elektron med numeriske verdier som gir løsninger på Schrodinger-bølgeligningen for hydrogenatomer disse tallene kan definere posisjonen, energien og orienteringen til et elektron i et atom gjennom tallsettet.

enkel datoformater i java

Ifølge Pauli eksklusjonsprinsipp , ingen to elektroner i et atom kan ha samme sett med kvantetall. Et halvt heltall eller heltallsverdi brukes til å karakterisere hvert kvantetall. De viktigste, asimutale og magnetiske kvantetallene er henholdsvis relatert til størrelsen, formen og orienteringen til atomet.

Fire kvantetall kan brukes til å fullstendig beskrive alle egenskapene til et gitt elektron i et atom; disse er:

1. Hovedkvantenummer
2. Orbitalt vinkelmomentum kvantenummer (eller azimutalt kvantenummer).
3. Magnetisk kvantenummer
4. Elektronspinn-kvantetallet

Typer kvantetall

Fire kvantetall brukes til å fullstendig beskrive alle egenskapene til et elektron i et atom. Disse kvantetallene er:

• Hovedkvantenummer (n)
• Azimutalt kvantenummer (l)
• Magnetisk kvantenummer (m_l)
• Elektronspinn kvantenummer(r)

Hovedkvantenummer (n)

Symbolet 'n' representerer de viktigste kvantetallene. De betegner atomets primære elektronskall. Fordi den beskriver den mest sannsynlige avstanden mellom kjernen og elektronene, innebærer en større verdi av hovedkvantetallet en større avstand mellom elektronet og kjernen (som igjen innebærer en større atomstørrelse).

• Verdien til hovedkvantetallet kan være et hvilket som helst heltall med en positiv verdi lik eller større enn én. Verdien n=1 angir et atoms innerste elektronskall, som tilsvarer et elektrons laveste energitilstand (eller grunntilstand).
• Som et resultat kan ikke hovedkvantetallet, n, ha en negativ verdi eller være lik null fordi et atom ikke kan ha en negativ verdi eller ingen verdi for et hovedskall.
• Når et elektron tilføres energi (eksitert tilstand), hopper elektronet fra ett hovedskall til et høyere skall, noe som får verdien av n til å øke.
• På samme måte, når elektroner mister energi, går de tilbake til lavere skall, og senker verdien av n. Absorpsjon refererer til økningen i verdien av n for et elektron, og understreker fotonene eller energien som absorberes av elektronet.
• På samme måte blir en reduksjon i verdien av n for et elektron referert til som emisjon, og det er her elektronene sender ut sin energi.

Azimutalt kvantenummer (l) – Orbitalt vinkelmoment kvantenummer

Det asimutale kvantetallet (eller orbital vinkelmoment) beskriver formen til en orbital. Den er representert med bokstaven 'l', og verdien tilsvarer det totale antallet vinkelnoder i orbitalen.

• En verdi av det asimutale kvantetallet kan betegne enten et s, p, d eller f underskall, hvis form varierer.
• Denne verdien bestemmes av (og begrenset av) verdien til hovedkvantetallet, dvs. det asimutale kvantetallet varierer mellom 0 og (n-1).
• For eksempel, hvis n = 3, kan det asimutale kvantetallet ha tre verdier: 0, 1 og 2.
• Når l er satt til null, er det resulterende subshell et 's' subshell.
• Når l=1 og l=2, er de resulterende underskallene henholdsvis 'p' og 'd' underskall (henholdsvis).
• Som et resultat, når n=3, er de tre underskallene som kan eksistere 3s, 3p og 3d. I et annet tilfelle hvor n = 5, er de mulige verdiene av l 0, 1, 2, 3 og 4. Hvis l = 3, inneholder atomet tre vinkelnoder.

Magnetisk kvantenummer (m_l)

Det magnetiske kvantetallet bestemmer det totale antallet orbitaler i et underskall, så vel som deres orientering. Det er representert med symbolet 'm_l.’ Dette tallet representerer projeksjonen av orbitalens vinkelmoment langs en gitt akse.

• Det magnetiske kvantetallet bestemmes av det asimutale (eller orbitale vinkelmomentet) kvantetallet.
• For en gitt verdi av l, verdien av m_lfaller mellom -l til +l. Som et resultat er den indirekte avhengig av verdien av n.
• For eksempel, hvis n = 4 og l = 3 i et atom, kan det magnetiske kvantetallet være -3, -2, -1, 0, +1, +2 og +3. Det totale antallet orbitaler i et gitt underskall bestemmes av orbitalens 'l'-verdi.
• Det beregnes ved hjelp av formelen (2l + 1). ‘3d’ underskallet (n=3, l=2), for eksempel, har 5 orbitaler (2*2 + 1). Hver orbital kan inneholde to elektroner. Som et resultat kan 3d-underskallet romme totalt 10 elektroner.

Elektronspinn kvantenummer(r)

Elektronspinn-kvantetallet er uavhengig av n, l og m_lverdier. Verdien av dette tallet, angitt med symbolet m_s, indikerer retningen som elektronet spinner i.

• Den m_sverdien indikerer retningen som elektronet spinner i. Elektronspinn-kvantetallet kan ha verdier mellom +1/2 og -1/2.
• En positiv verdi på m_sbetegner et oppadgående spinn på elektronet, også kjent som spin up.
• Hvis m_ser negativ, sies det at det aktuelle elektronet har et nedadgående spinn eller et spinn ned.
• Verdien av elektronspinn-kvantetallet avgjør om det aktuelle atomet kan generere et magnetfelt eller ikke. Verdien av m_skan generaliseres til ±½.

Betydningen av kvantetall

Kvantetall er betydelige fordi de kan brukes til å estimere et atoms elektronkonfigurasjon og hvor det er mest sannsynlig at elektronene befinner seg. Atomradius og ioniseringsenergi til atomer, blant andre egenskaper, bestemmes også av kvantetall.

Hvert kvantenummer har sin egen betydning som er beskrevet i følgende tabell:

Atomorbital

Som vi vet at elektroner oppfører seg som bølger og posisjonen til elektronet inne i atomet kan enkelt defineres ved hjelp av kvantemekanikkens bølgeteori ved å løse Schrodinger-bølgeligningen ved det spesifikke energinivået til et atom.

Disse bølgefunksjonene som definerer posisjonen til et elektron inne i et atom kalles atomorbitaler. Disse orbitalene er de stedene som har størst sannsynlighet for å finne elektronet. Det er fire typer orbitaler inne i et atom

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

Atomorbitaler er også definert som det fysiske rommet inne i atomet hvor sannsynligheten for å finne elektronet er høyest.

Les mer:

• Elektronisk konfigurasjon av elementer
• Fylling av orbitaler i Atom
• Former av atomorbitaler

Andre lover knyttet til posisjon og bane for elektroner

Tre andre regler og prinsipper i kjemi hjelper oss å forstå posisjonen, banen, banene og energinivåene til elektroner i et atom, disse er diskutert i påfølgende underavsnitt:

Strukturprinsipp

Aufbau-prinsippet, også kalt Aufbau-regelen, sier at elektroner går inn i atomorbitaler med lavere energi først før de med høyere energi. Aufbau betyr oppbygging på tysk.

NCERT Definisjon av strukturprinsipp

I grunntilstanden til atomene fylles orbitalene i rekkefølge etter økende energier.

java arkitektur

De Konstruksjonsprinsipp hjelper oss å finne ut hvordan elektroner ordner seg i atomer eller ioner. For eksempel blir 1s subshell fylt opp før 2s subshell.

Her er rekkefølgen elektronene fyller opp orbitalene: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p og og så videre. Dette fyllingsmønsteret gjelder for hvert atom.

Til eksempel , ved å bruke Aufbau-prinsippet elektronisk konfigurasjon av svovel er skrevet som [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hunds regel for maksimal multiplisitet

Hunds regel sier at hver orbital i et undernivå får ett elektron før noen av dem får et andre. Og alle elektronene i disse enkelt-okkuperte orbitalene har samme spinn.

NCERT Definisjon av Hunds regel

Paring av elektroner i orbitalene som tilhører det samme underskallet (p, d eller f) finner ikke sted før hver orbital som tilhører det underskallet har fått ett elektron hver, dvs. den er enkelt okkupert.

Hunds regel, også kalt den maksimale multiplisitetsregelen, kan resultere i at atomer har flere uparrede elektroner. Disse uparrede elektronene kan spinne i forskjellige retninger, og skape magnetiske øyeblikk i forskjellige retninger.

Hunds regel gjelder for visse molekyler som har uparrede elektroner.

Pauli eksklusjonsprinsipp

Pauli-eksklusjonsprinsippet sier at to identiske partikler med halvheltallsspinn ikke kan være i samme kvantetilstand i et system.

NCERT Definisjon av Pauli eksklusjonsprinsipp

Ingen to elektroner i et atom kan ha samme sett med fire kvantetall.

ELLER

Bare to elektroner kan eksistere i samme orbital, og disse elektronene må ha motsatt spinn.

I kjemi er Pauli eksklusjonsprinsipp forteller oss at innenfor samme atom kan ingen to elektroner ha alle fire kvantenummer identiske. Dette betyr at maksimalt to elektroner kan okkupere samme orbital, og de må ha motsatte spinn.

Pauli eksklusjonsprinsippet setter grenser for hvor mange elektroner som kan være i et skall eller et underskall.

Løste spørsmål om kvantetall

Spørsmål 1: Finn alle fire kvantetallene til det siste elektronet i Rubidium.

Løsning:

Rubidium har atomnummeret Z = 37.

Elektronisk konfigurasjon av Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s²3 s⁶3d¹⁰4s²4 s⁶5s¹

Valens siste skallelektron er 5s¹

Derfor,

Hovedkvantenummer, n = 5,

Azimutalt kvantenummer, l = 0,

Magnetisk kvantenummer, m_l= 0,

Spinn kvantenummer, s = +1/2

Spørsmål 2: Oppgi de mulige verdiene for det magnetiske kvantetallet for l = 2.

Løsning:

Gitt at det azimutale kvantetallet, l = 2

Vi vet det,

m_l= – l til + l

Derfor,

m_l= -2 til +2

dvs.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Spørsmål 3: Finn alle fire kvantetallene til det siste elektronet i natrium.

np mener

Løsning:

Natrium har atomnummeret Z = 11.

Elektronisk konfigurasjon av Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valensskallets siste elektron er 3s¹

Derfor,

Hovedkvantenummer, n = 3,

Azimutalt kvantenummer, l = 0,

Magnetisk kvantenummer, m_l= 0,

0,2 som brøk

Spinn kvantenummer, s = +1/2

Spørsmål 4: Oppgi de mulige verdiene for det magnetiske kvantetallet for l = 3.

Løsning:

Gitt at det azimutale kvantetallet, l = 3

Vi vet det,

for l = 3,

m_l= – 3 til + 3

dvs.

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

Quantum Numbers MCQs Praksisproblemer

For å lære mer om Quantum Numbers Practice MCQ-er på kvantitative tall

Vanlige spørsmål om kvantenummer

Definer kvantetall.

Settet med tall som brukes til å definere posisjonen og energien til antall elektroner i et atom kalles kvantetall.

Hvor mange kvantetall er det?

De fire kvantetallene er:

• Hovedkvantenummer (n)
• Azimutalt kvantenummer (l)
• Magnetisk kvantenummer (m_l)
• Elektronspinn kvantenummer(r)

Hvilket kvantenummer spesifiserer formen til en orbital?

Azimutalt kvantenummer (l) også kalt vinkelkvantenummer definerer formen på orbitalen.

Hvilket kvantetall bestemmer orbitalens orientering?

Magnetisk kvantenummer (m_l) brukes til å representere orbitalens orientering i det tredimensjonale rommet.

Hvor mange kvantetall kreves for å spesifisere en orbital?

Tre kvantetall kreves for å spesifisere omløpet til et atom som er:

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

Hvilket kvantetall bestemmer energien til elektronet?

Energien til elektronet kan enkelt bestemmes ved å bruke hovedkvantetallet(n) og azimutalt kvantenummer(l) til et elektron.

Hva er kvanteenergi?

Energien til kvantepartikler (dvs. veldig veldig små partikler) kalles kvanteenergi. En måte å måle kvanteenergi på er å bruke Photon som er den minste enheten for å måle lysenergi og energi fra andre elektromagnetiske bølger.

Hva er spinn av et elektron?

Elektronspinn er en kvanteegenskap til elektroner. Det er en form med vinkelmomentum. Som en undervisningsteknikk sammenligner instruktører elektronspinn med planeten som roterer om sin egen akse hver 24. time. Spin-up oppstår når elektronet spinner med klokken på sin akse; spin-down oppstår når elektronet spinner mot klokken.

Hva er konstruksjonsprinsippet?

Konstruksjonsprinsipp er et begrep i kjemi som forklarer hvordan elektroner fyller atomorbitaler i et atom. I henhold til dette prinsippet okkuperer elektroner de laveste energiorbitalene som er tilgjengelige før de flyttes til høyere energi.

Hva er Hunds regelklasse 11?

Hunds regel, ofte diskutert i klasse 11 kjemi, sier at elektroner vil okkupere orbitaler med samme energinivå (subshell) enkeltvis før de pares sammen. I tillegg vil elektroner i enkelt okkuperte orbitaler ha parallelle spinn.

Hva er fullform av SPDF?

SPDF står for de fire undernivåene eller orbitalene i et atom: s, p, d og f. Disse bokstavene representerer forskjellige former og orienteringer av atomorbitaler der elektroner sannsynligvis vil bli funnet.

• S: Skarpt
• Q: Hoved
• D: diffus
• F: grunnleggende

Hvorfor kalles kvante kvante?

Begrepet kvante stammer fra det latinske ordet som betyr hvor mye eller mengde . I fysikk refererer det til de diskrete og udelelige enhetene der visse fysiske størrelser, som energi og momentum, er kvantisert i henhold til kvanteteori. Disse diskrete enhetene er grunnleggende for å forstå oppførselen til partikler på atom- og subatomært nivå. Derfor er feltet kvantefysikk oppkalt etter begrepet kvantisering.