Kvantinumerot ja elektronien kiertoradat

Kemia on enimmäkseen atomien ja molekyylien välisten elektronien vuorovaikutusten tutkimus. Ymmärtää atomien elektronien, kuten Aufbau-periaate, on tärkeä osa ymmärrystä kemialliset reaktiot. Varhaiset atomiteoriat käytti ajatusta, että atomin elektroni noudatti samoja sääntöjä kuin mini aurinkojärjestelmä, jossa planeetat olivat elektroneja, jotka kiertävät protonikeskuksen keskipistettä. Sähköisesti houkuttelevat voimat ovat paljon voimakkaampia kuin gravitaatiovoimat, mutta noudattavat samoja etäisyyden käänteisiä neliösääntöjä. Varhaiset havainnot osoittivat, että elektronit liikkuivat enemmän kuin ydintä ympäröivä pilvi kuin yksittäinen planeetta. Pilven tai kiertoradan muoto riippui energian määrästä, kulmainen vauhti ja yksittäisen elektronin magneettinen momentti. Atomin ominaisuudet elektronikonfiguraatio kuvataan neljällä kvanttilukut: n, ℓ, mja s.

Ensimmäinen on energiataso kvanttiluku, n. Kiertoradalla matalamman energian kiertoradat ovat lähellä vetovoiman lähdettä. Mitä enemmän energiaa annat kehon kiertoradalla, sitä pidemmälle "ulos" se menee. Jos annat keholle tarpeeksi energiaa, se jättää järjestelmän kokonaan. Sama pätee elektronien kiertoradalla. Korkeammat arvot

toinen kvanttiluku on kulmalukumäärä, ℓ. Jokainen arvo n jolla on useita arvoja ℓ, jotka vaihtelevat arvoissa 0 - (n-1) .Tämä kvanttiluku määrittää elektronipilvi. Kemiassa jokaiselle value -arvolle on nimet. Ensimmäistä arvoa ℓ = 0 kutsuttiin s-kiertoradaksi. Orbitaalit ovat pallomaisia, keskittyneet ytimeen. Toista, ℓ = 1, kutsutaan p-kiertoradaksi. p-kiertoradat ovat yleensä polaarisia ja muodostavat kyynelehden terälehden muodon kärkeen kohti ydintä. ℓ = 2 kiertorataa kutsutaan d-kiertoradaksi. Nämä kiertoradat ovat samanlaisia ​​kuin p-kiertorata, mutta niissä on enemmän 'terälehtiä' kuten apilalehti. Niillä voi olla myös rengasmuotoja terälehtien pohjan ympärillä. Seuraavaa kiertorataa, ℓ = 3 kutsutaan f kiertorata. Nämä kiertoradat ovat yleensä samankaltaisia ​​kuin d-kiertoradat, mutta vielä enemmän 'terälehtiä'. Korkeammilla values-arvoilla on nimet, jotka seuraavat aakkosjärjestyksessä.

Kolmas kvanttinumero on magneettinen kvantiluku, m. Nämä numerot löydettiin ensin spektroskopialla, kun kaasumaiset elementit altistettiin magneettikentälle. Tiettyä kiertorataa vastaava spektrilinja jakautuisi useaan linjaan, kun magneettikenttä johdettaisiin kaasun yli. Jaettujen viivojen lukumäärä olisi suhteessa kulmalukumäärään. Tämä suhde näyttää jokaiselle arvolle ℓ vastaavan arvojoukon m välillä -ℓ - ℓ löytyy. Tämä numero määrittelee kiertoradan orientaation avaruudessa. Esimerkiksi, p kiertoradat vastaavat ℓ = 1, voi olla m arvot -1,0,1. Tämä edustaisi kolmea eri suuntaa avaruudessa p-kiertoradan muotoisilla kaksoisilla terälehdillä. Ne on yleensä määritelty p_x, s_y, s_z edustamaan akseleita, joihin ne kohdistuvat.

Neljäs kvantinumero on spin-kvantti määrä, s. Arvolle on vain kaksi arvoa s, + ½ ja -½. Näitä kutsutaan myös 'spin up' ja 'spin down'. Tätä lukua käytetään selittämään yksittäisten elektronien käyttäytymistä ikään kuin ne pyöriä myötäpäivään tai vastapäivään. Tärkeä osa kiertoradalle on se, että jokainen arvo m siinä on kaksi elektronia ja tarvitaan tapa erottaa ne toisistaan.

Nämä neljä numeroa, n, ℓ, mja s voidaan käyttää kuvaamaan elektronia stabiilissa atomissa. Jokaisen elektronin kvantiluvut ovat ainutlaatuisia, eikä toinen elektroni voi jakaa kyseisessä atomissa. Tätä ominaisuutta kutsutaan Paulin poissulkemisperiaate. Stabiilissa atomissa on yhtä monta elektronia kuin protoneissa. Säännöt, joita elektronit noudattavat suuntautuakseen atominsa ympärille, ovat yksinkertaisia, kun kvanttilukuja koskevat säännöt ymmärretään.

• n voi olla kokonaislukuarvoja: 1, 2, 3, ...
• Jokaiselle arvolle n, ℓ voi olla kokonaislukuarvoja välillä 0 - (n-1)
• m voi olla mikä tahansa kokonaislukuarvo, nolla mukaan lukien, välillä -ℓ - + ℓ
• s voi olla joko + ½ tai -½