Inhoud
Kwantumgetallen zijn waarden die de energie of energetische toestand van het elektron van een atoom beschrijven. De cijfers geven de spin, energie, magnetisch moment en hoekmoment van een elektron aan. Volgens Purdue University komen kwantumgetallen uit het Bohr-model, de Hw = Ew-golfvergelijking van Schrödinger, de regels van Hund en de orbitale theorie van Hund-Mulliken. Om de kwantumgetallen te begrijpen die de elektronen in een atoom beschrijven, is het nuttig om bekend te zijn met de gerelateerde fysica en scheikunde termen en principes.
Hoofdkwantumnummer
Elektronen draaien in atoomschalen die orbitalen worden genoemd. Gekenmerkt door "n", identificeert het hoofdkwantumgetal de afstand van de kern van een atoom tot een elektron, de grootte van het orbitaal en het azimutale hoekmomentum, wat het tweede kwantumgetal is dat wordt voorgesteld door "ℓ". Het belangrijkste kwantumgetal beschrijft ook de energie van een orbitaal omdat elektronen in een constante staat van beweging zijn, tegengestelde ladingen hebben en door de kern worden aangetrokken. Orbitalen waarbij n = 1 dichter bij de kern van een atoom liggen dan die waar n = 2 of een hoger getal. Wanneer n = 1, bevindt een elektron zich in een grondtoestand. Wanneer n = 2 zijn de orbitalen in een opgewonden toestand.
Hoekig kwantumnummer
Vertegenwoordigd door "ℓ", de hoekige of azimutale, kwantumnummer identificeert de vorm van een orbitaal. Het vertelt je ook in welke suborbitale of atomaire schaallaag je een elektron kunt vinden. Purdue University zegt dat orbitalen sferische vormen kunnen hebben waarbij ℓ = 0, polaire vormen waar ℓ = 1 en klaverbladvormen waar ℓ = 2. Een klaverbladvorm met een extra bloemblad wordt gedefinieerd door ℓ = 3. Orbitalen kunnen complexere vormen hebben met extra bloemblaadjes. Hoekige kwantumgetallen kunnen elk geheel getal tussen 0 en n-1 hebben om de vorm van een orbitaal te beschrijven. Als er suborbitalen of subshells zijn, vertegenwoordigt een letter elk type: "s" voor ℓ = 0, "p" voor ℓ = 1, "d" voor ℓ = 2 en "f" voor ℓ = 3. Orbitalen kunnen meer sub-shells hebben die resulteren in een groter hoekig kwantumgetal. Hoe groter de waarde van de sub-shell, hoe energieker deze is. Wanneer ℓ = 1 en n = 2, is de subshell 2p omdat het getal 2 het hoofdkwantumgetal vertegenwoordigt en p de subshell.
Magnetisch kwantumnummer
Het magnetische kwantumnummer, of "m", beschrijft de oriëntatie van een baan op basis van zijn vorm (ℓ) en energie (n). In vergelijkingen ziet u het magnetische kwantumnummer gekenmerkt door de kleine letter M met een subscript ℓ, m_ {ℓ}, dat u de oriëntatie van de orbitalen binnen een subniveau vertelt. Purdue University stelt dat je het magnetische kwantumnummer nodig hebt voor elke vorm die geen bol is, waarbij ℓ = 0, omdat bollen slechts één oriëntatie hebben. Aan de andere kant kunnen de "bloembladen" van een orbitaal met een klaverblad of polaire vorm verschillende richtingen opgaan, en het magnetische kwantumgetal geeft aan welke kant ze opkomen. In plaats van opeenvolgende positieve integrale getallen, kan een magnetisch kwantumgetal integrale waarden hebben van -2, -1, 0, +1 of +2. Deze waarden splitsen sub-shells op in individuele orbitalen die de elektronen dragen. Bovendien heeft elke sub-shell 2ℓ + 1 orbitalen. Daarom heeft sub-shell s, die gelijk is aan het hoekkwantumnummer 0, één orbitaal: (2x0) + 1 = 1. Subschil d, die gelijk is aan het hoekkwantumnummer 2, zou vijf orbitalen hebben: (2x2) + 1 = 5.
Draai kwantumnummer
Het Pauli-uitsluitingsprincipe zegt dat geen twee elektronen dezelfde n, ℓ, m of s waarden kunnen hebben. Daarom kunnen slechts maximaal twee elektronen zich in dezelfde baan bevinden. Wanneer er twee elektronen in dezelfde baan zijn, moeten ze in tegengestelde richting draaien, omdat ze een magnetisch veld creëren. Het spin-kwantumnummer, of s, is de richting waarin een elektron draait. In een vergelijking ziet u dit nummer mogelijk voorgesteld door een kleine letter m en een subscript kleine letter s, of m_ {s}. Omdat een elektron alleen in een van de twee richtingen kan draaien - met de klok mee of tegen de klok in - zijn de getallen die s vertegenwoordigen +1/2 of -1/2. Wetenschappers kunnen naar de spin verwijzen als "omhoog" wanneer deze tegen de klok in, wat betekent dat het kwantum van de spin +1/2 is. Wanneer de spin 'omlaag' is, heeft deze een waarde m_ {s} van -1/2.