Kvantetall og elektroniske orbitaler

Kjemi er mest studiet av elektroninteraksjoner mellom atomer og molekyler. Å forstå atferden til elektronene i et atom, som Aufbau-prinsippet, er en viktig del av forståelsen kjemiske reaksjoner. Tidlige atomteorier brukte ideen om at et atoms elektron fulgte de samme reglene som et mini-solsystem der planetene var elektroner som kretset rundt en sentrum av protonsolen. Elektriske attraktive krefter er mye sterkere enn gravitasjonskrefter, men følger de samme grunnleggende omvendte firkantreglene for avstand. Tidlige observasjoner viste at elektronene beveget seg mer som en sky rundt kjernen i stedet for en individuell planet. Formen på skyen, eller orbital, var avhengig av mengden energi, kantet fart og magnetisk moment for det enkelte elektron. Egenskapene til et atom Elektronkonfigurasjon er beskrevet av fire kvantetall: n, ℓ, m, og s.

Den første er energinivået kvantetall, n. I en bane er baner med lavere energi nær kilden til attraksjon. Jo mer energi du gir en kropp i bane, jo lenger 'ut' går den. Hvis du gir kroppen nok energi, vil den forlate systemet helt. Det samme er tilfelle for en elektronisk orbital. Høyere verdier av

De andre kvantetall er det kantete kvantetallet, ℓ. Hver verdi av n har flere verdier på ℓ som varierer i verdier fra 0 til (n-1). Dette kvantetallet bestemmer "formen" til elektronsky. I kjemi er det navn for hver verdi av ℓ. Den første verdien, ℓ = 0 kalles en s orbitale. s orbitaler er sfæriske, sentrert om kjernen. Den andre, ℓ = 1 kalles en p orbital. p orbitaler er vanligvis polare og danner en tårnbladet form med punktet mot kjernen. ℓ = 2 orbital kalles en d orbital. Disse orbitalene ligner p orbitalformen, men med mer 'kronblad' som en kløverblad. De kan også ha ringformer rundt bunnen av kronbladene. Neste bane, ℓ = 3 heter en f orbital. Disse orbitalsene ser ut som d orbalser, men med enda flere 'kronblad'. Høyere verdier på ℓ har navn som følger i alfabetisk rekkefølge.

Det tredje kvantetallet er det magnetiske kvantetallet, m. Disse tallene ble først oppdaget i spektroskopi da gasselementene ble utsatt for et magnetfelt. Den spektrale linjen som tilsvarer en bestemt bane, ville splittes i flere linjer når et magnetisk felt skulle innføres over gassen. Antall delte linjer ville være relatert til det kantete kvantetallet. Dette forholdet viser for hver verdi av ℓ, et tilsvarende sett med verdier av m som spenner fra -ℓ til ℓ blir funnet. Dette tallet bestemmer orbitens orientering i rommet. For eksempel, p orbitaler tilsvarer ℓ = 1, kan ha m verdier på -1,0,1. Dette vil representere tre forskjellige orienteringer i rommet for de to kronbladene av den orbitale formen. De er vanligvis definert til å være p_x, s_y, s_z å representere aksene de innretter seg med.

Det fjerde kvantetallet er spinnkvantumet Antall, s. Det er bare to verdier for s, + ½ og -½. Disse blir også referert til som 'spin up' og 'spin down'. Dette tallet brukes til å forklare oppførselen til enkeltelektroner som om de snurret med klokken eller mot klokken. Den viktige delen til orbitaler er det faktum at hver verdi av m har to elektroner og trengte en måte å skille dem fra hverandre på.

Disse fire tallene, n, ℓ, m, og s kan brukes til å beskrive et elektron i et stabilt atom. Hvert elektrons kvantetall er unike og kan ikke deles av et annet elektron i det atomet. Denne egenskapen kalles Pauli-eksklusjonsprinsipp. Et stabilt atom har like mange elektroner som protoner. Reglene elektronene følger for å orientere seg rundt atomet sitt er enkle når reglene for kvantetallene er forstått.

• n kan ha hele tallverdier: 1, 2, 3, ...
• For hver verdi av n, ℓ kan ha heltallverdier fra 0 til (n-1)
• m kan ha hvilken som helst heltalverdi, inkludert null, fra -ℓ til + ℓ
• s kan være + ½ eller -½