Kvanttal i kemi, är de uppsättningar av tal som beskriver en elektrons bana och rörelse inom en atom. När kvanttalen för alla elektroner i en given atom adderas måste de uppfylla Schrödinger ekvation .

Kvanttal är den uppsättning tal som används för att beskriva positionen och energin för en elektron i en atom. Det finns fyra typer av kvanttal: huvudtal, azimuttal, magnetiskt och spinn. Kvanttal representerar värdena för ett kvantsystems bevarade kvantiteter.

Låt oss lära oss om alla kvanttal i detalj i den här artikeln.

Innehållsförteckning

• Vad är kvantnummer?
• Typer av kvantnummer
• Betydelsen av kvanttal
• Atomorbital
• Andra lagar relaterade till elektronernas position och väg

Vad är kvantnummer?

Kvanttal är uppsättningen av konstanta värden i kvantmetoden. Quantum Numbers eller Elektroniska kvanttal beskriv en elektron med numeriska värden som ger lösningar till Schrodinger-vågekvationen för väteatomer dessa siffror kan definiera positionen, energin och orienteringen av en elektron i en atom genom uppsättningen av tal.

system.out.println

Enligt Pauli uteslutningsprincip , inga två elektroner i en atom får ha samma uppsättning kvanttal. Ett halvt heltal eller heltalsvärde används för att karakterisera varje kvanttal. De huvudsakliga, azimutala och magnetiska kvanttalen är relaterade till atomens storlek, form och orientering.

Fyra kvanttal kan användas för att fullständigt beskriva alla egenskaper hos en given elektron i en atom; dessa är:

1. Huvudkvantnummer
2. Orbitalt vinkelmoment kvantnummer (eller azimutalt kvanttal).
3. Magnetiskt kvantnummer
4. Elektronspinkvanttalet

Typer av kvantnummer

Fyra kvanttal används för att fullständigt beskriva alla egenskaper hos en elektron i en atom. Dessa kvanttal är:

• Huvudkvantnummer (n)
• Azimutalt kvantnummer (l)
• Magnetiskt kvantnummer (m_l)
• Elektronspin kvantnummer (s)

Huvudkvantnummer (n)

Symbolen 'n' representerar de huvudsakliga kvanttalen. De betecknar atomens primära elektronskal. Eftersom det beskriver det mest sannolika avståndet mellan kärnan och elektronerna, innebär ett större värde på det huvudsakliga kvanttalet ett större avstånd mellan elektronen och kärnan (vilket i sin tur innebär en större atomstorlek).

• Huvudkvanttalets värde kan vara vilket heltal som helst med ett positivt värde lika med eller större än ett. Värdet n=1 betecknar en atoms innersta elektronskal, vilket motsvarar en elektrons lägsta energitillstånd (eller grundtillstånd).
• Som ett resultat kan det huvudsakliga kvanttalet, n, inte ha ett negativt värde eller vara lika med noll eftersom en atom inte kan ha ett negativt värde eller inget värde för ett huvudskal.
• När en elektron infunderas med energi (exciterat tillstånd), hoppar elektronen från ett huvudskal till ett högre skal, vilket gör att värdet på n ökar.
• På samma sätt, när elektroner förlorar energi, återgår de till lägre skal, vilket sänker värdet på n. Absorption hänvisar till ökningen av värdet på n för en elektron, vilket betonar de fotoner eller energi som absorberas av elektronen.
• På liknande sätt kallas en minskning av värdet på n för en elektron emission, och det är här elektronerna avger sin energi.

Azimutalt kvantnummer (l) – Orbitalt vinkelmoment kvantumtal

Det azimutala kvanttalet (eller orbital vinkelmomentum) beskriver formen på en orbital. Den representeras av bokstaven 'l' och dess värde är lika med det totala antalet vinkelnoder i orbitalen.

• Ett värde på det azimutala kvanttalet kan beteckna antingen ett s, p, d eller f underskal, vars former varierar.
• Detta värde bestäms av (och begränsas av) värdet på huvudkvanttalet, dvs. det azimutala kvanttalet sträcker sig mellan 0 och (n-1).
• Till exempel, om n = 3, kan det azimutala kvanttalet ha tre värden: 0, 1 och 2.
• När l är inställd på noll är det resulterande underskalet ett 's'-underskal.
• När l=1 och l=2 är de resulterande underskalen 'p' respektive 'd' underskal (respektive).
• Som ett resultat, när n=3, är de tre subskalen som kan existera 3s, 3p och 3d. I ett annat fall där n = 5 är de möjliga värdena för l 0, 1, 2, 3 och 4. Om l = 3 innehåller atomen tre vinkelnoder.

Magnetiskt kvantnummer (m_l)

Det magnetiska kvanttalet bestämmer det totala antalet orbitaler i ett underskal samt deras orientering. Det representeras av symbolen 'm_l.’ Detta nummer representerar projektionen av orbitalens rörelsemängd längs en given axel.

• Det magnetiska kvanttalet bestäms av det azimutala (eller orbitala vinkelmomentet) kvantnumret.
• För ett givet värde på l, värdet på m_lligger mellan -l till +l. Som ett resultat är det indirekt beroende av värdet av n.
• Till exempel, om n = 4 och l = 3 i en atom, kan det magnetiska kvanttalet vara -3, -2, -1, 0, +1, +2 och +3. Det totala antalet orbitaler i ett givet underskal bestäms av orbitalens 'l'-värde.
• Den beräknas med formeln (2l + 1). '3d'-underskalet (n=3, l=2) har till exempel 5 orbitaler (2*2 + 1). Varje orbital kan hålla två elektroner. Som ett resultat kan 3d-underskalet rymma totalt 10 elektroner.

Elektronspin kvantnummer (s)

Elektronspinkvanttalet är oberoende av n, l och m_lvärden. Värdet på detta nummer, betecknat med symbolen m_s, anger i vilken riktning elektronen snurrar.

• Den m_svärdet anger i vilken riktning elektronen snurrar. Elektronspinkvanttalet kan ha värden mellan +1/2 och -1/2.
• Ett positivt värde på m_sbetecknar en uppåtgående spin på elektronen, även känd som spin up.
• Om m_sär negativ, sägs elektronen i fråga ha en nedåtgående spin eller snurra ner.
• Värdet på elektronspinkvanttalet avgör om atomen i fråga kan generera ett magnetfält eller inte. Värdet av m_skan generaliseras till ±½.

Betydelsen av kvanttal

Kvantantal är signifikanta eftersom de kan användas för att uppskatta en atoms elektronkonfiguration och var dess elektroner är mest sannolikt belägna. Atomernas atomradie och joniseringsenergi, bland andra egenskaper, bestäms också av kvanttal.

Varje kvantnummer har sin egen betydelse som beskrivs i följande tabell:

Atomorbital

Som vi vet att elektroner beter sig som vågor och positionen för elektronen inuti atomen kan enkelt definieras med hjälp av kvantmekanikens vågteorin genom att lösa Schrodinger-vågekvationen vid en atoms specifika energinivå.

Dessa vågfunktioner som definierar positionen för en elektron inuti en atom kallas atomorbitaler. Dessa orbitaler är de platser som har störst sannolikhet att hitta elektronen. Det finns fyra typer av orbitaler inuti en atom

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

Atomorbitaler definieras också som det fysiska utrymmet inuti atomen där sannolikheten att hitta elektronen är högst.

Läs mer:

• Elektronisk konfiguration av element
• Fyllning av orbitaler i Atom
• Former av atomorbitaler

Andra lagar relaterade till elektroners position och väg

Tre andra regler och principer inom kemi hjälper oss att förstå position, väg, banor och energinivåer för elektroner i en atom, dessa diskuteras i efterföljande underavsnitt:

Strukturprincip

Aufbau-principen, även kallad Aufbau-regeln, säger att elektroner går in i atomorbitaler med lägre energi först innan de med högre energi. Aufbau betyder uppbyggnad på tyska.

NCERT Definition av strukturprincip

I atomernas grundtillstånd fylls orbitalerna i ordning efter deras ökande energier.

De Konstruktionsprincip hjälper oss att ta reda på hur elektroner ordnar sig i atomer eller joner. Till exempel fylls 1s underskalet upp före 2s underskalet.

Här är ordningen i vilken elektronerna fyller orbitaler: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p och så vidare. Detta fyllningsmönster gäller för varje atom.

För exempel , med hjälp av Aufbau-principen elektronisk konfiguration av svavel skrivs som [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hunds regel för maximal multiplicitet

Hunds regel säger att varje orbital i en undernivå får en elektron innan någon av dem får en andra. Och alla elektroner i dessa singel-ockuperade orbitaler har samma spinn.

NCERT Definition av Hunds regel

Parning av elektroner i orbitaler som tillhör samma delskal (p, d eller f) sker inte förrän varje orbital som hör till det delskalet har fått en elektron vardera, dvs den är upptagen var för sig.

Hunds regel, även kallad maximal multiplicitetsregel, kan resultera i att atomer har flera oparade elektroner. Dessa oparade elektroner kan snurra i olika riktningar och skapa magnetiska moment i olika riktningar.

Hunds regel gäller för vissa molekyler som har oparade elektroner.

Pauli uteslutningsprincip

Pauli-uteslutningsprincipen säger att två identiska partiklar med halvheltalsspinn inte kan vara i samma kvanttillstånd inom ett system.

NCERT Definition av Pauli Exclusion Principle

Inga två elektroner i en atom kan ha samma uppsättning av fyra kvanttal.

ELLER

Endast två elektroner kan finnas i samma orbital och dessa elektroner måste ha motsatt spin.

Inom kemi är Pauli uteslutningsprincip säger oss att inom samma atom kan inga två elektroner ha alla fyra sina kvanttal identiska. Det betyder att som mest två elektroner kan uppta samma orbital, och de måste ha motsatta snurr.

Pauli uteslutningsprincipen sätter gränser för hur många elektroner som kan finnas i ett skal eller ett subskal.

Lösta frågor om kvantnummer

Frågor 1: Hitta alla fyra kvanttalen för den sista elektronen i Rubidium.

Lösning:

Rubidium har atomnumret Z = 37.

Elektronisk konfiguration av Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

gimp ersätter färg

Valens sista skalelektron är 5s¹

Därför,

Huvudkvantnummer, n = 5,

Azimutalt kvanttal, l = 0,

Magnetiskt kvantnummer, m_l= 0,

Spin Quantum Number, s = +1/2

Frågor 2: Ange de möjliga värdena för det magnetiska kvanttalet för l = 2.

Lösning:

Med tanke på att det azimutala kvanttalet, l = 2

Vi vet det,

m_l= – l till + l

Därför,

m_l= -2 till +2

dvs.

m₂= -2, -1, 0, +1, +2

Frågor 3: Hitta alla fyra kvanttalen för den sista elektronen i natrium.

Lösning:

Natrium har atomnumret, Z = 11.

Elektronisk konfiguration av Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valensskalets sista elektron är 3s¹

Därför,

Huvudkvantnummer, n = 3,

Azimutalt kvanttal, l = 0,

Magnetiskt kvantnummer, m_l= 0,

0,2 som en bråkdel

Spin Quantum Number, s = +1/2

Frågor 4: Ange de möjliga värdena för det magnetiska kvanttalet för l = 3.

Lösning:

Med tanke på att det azimutala kvanttalet, l = 3

Vi vet det,

för l = 3,

m_l= – 3 till + 3

dvs.

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

Quantum Numbers MCQs övningsproblem

För att lära dig mer om Quantum Numbers Practice MCQs på kvantitativa siffror

Vanliga frågor om kvantnummer

Definiera kvantnummer.

Den uppsättning tal som används för att definiera positionen och energin för antalet elektroner i en atom kallas kvanttal.

Hur många kvanttal finns det?

De fyra kvanttalen är:

• Huvudkvantnummer (n)
• Azimutalt kvantnummer (l)
• Magnetiskt kvantnummer (m_l)
• Elektronspin kvantnummer (s)

Vilket kvanttal anger formen på en orbital?

Azimutalt kvantnummer (l) även kallat Angular quantum number definierar formen på orbitalen.

Vilket kvanttal bestämmer orbitalens orientering?

Magnetiskt kvantnummer (m_l) används för att representera orbitalens orientering i det tredimensionella rummet.

Hur många kvanttal krävs för att specificera en orbital?

Tre kvanttal krävs för att specificera en atoms omloppsbana som är:

• Huvudkvantnummer (n)
• Azimutalt kvantnummer (l)
• Magnetiskt kvantnummer (m_l)

Vilket kvanttal bestämmer elektronens energi?

Elektronens energi kan lätt bestämmas genom att använda huvudkvanttalet(n) och det azimutala kvanttalet(l) för en elektron.

Vad är kvantenergi?

Energin hos kvantpartiklar (dvs väldigt mycket små partiklar) kallas kvantenergi. Ett sätt att mäta kvantenergi är att använda Photon som är den minsta enheten för att mäta ljusenergi och energi från andra elektromagnetiska vågor.

Vad är spin av en elektron?

Elektronspin är en kvantegenskap hos elektroner. Det är en form med vinkelmoment. Som en undervisningsteknik jämför instruktörer elektronspin med planeten som roterar på sin egen axel var 24:e timme. Spin-up uppstår när elektronen snurrar medurs på sin axel; spin-down uppstår när elektronen snurrar moturs.

Vad är konstruktionsprincipen?

Konstruktionsprincip är ett begrepp inom kemi som förklarar hur elektroner fyller atomorbitaler i en atom. Enligt denna princip upptar elektroner de orbitaler med lägsta energi som finns tillgängliga innan de går till orbitaler med högre energi.

Vad är Hunds regelklass 11?

Hunds regel, som ofta diskuteras i klass 11 kemi, säger att elektroner kommer att ockupera orbitaler med samma energinivå (subshell) var för sig innan de paras ihop. Dessutom kommer elektroner i enstaka ockuperade orbitaler att ha parallella spinn.

Vad är Fullform of SPDF?

SPDF står för de fyra undernivåerna eller orbitalerna i en atom: s, p, d och f. Dessa bokstäver representerar olika former och orienteringar av atomära orbitaler där elektroner sannolikt finns.

• S: Skarp
• F: Huvudsaklig
• D: diffus
• F: grundläggande

Varför kallas kvant för kvant?

Termen kvant kommer från det latinska ordet som betyder hur mycket eller kvantitet . Inom fysiken syftar det på de diskreta och odelbara enheterna där vissa fysiska storheter, såsom energi och momentum, kvantiseras enligt kvantteorin. Dessa diskreta enheter är grundläggande för att förstå partiklars beteende på atomär och subatomär nivå. Därför är kvantfysikens område uppkallat efter begreppet kvantisering.