量子数:它们是什么,练习和例子

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量子数:它们是什么,练习和例子

2024-07-12 17:38| 来源: 网络整理| 查看: 265

根据尼尔斯玻尔的原子模型,原子的质子和中子在原子核中,而电子在原子核周围。 虽然我们无法知道电子的确切位置,但在某些区域最有可能找到它,即原子轨道。 我们如何确定这些轨道? 很简单,使用量子数。

量子数

什么是量子数?

有4个量子数。 其中三个为我们提供有关某个原子的电子位于何处的信息,即,它们为我们提供有关轨道的信息。 另一方面,第四个量子数并没有告诉我们电子在哪里,而是告诉我们电子在哪里。 这个你还不是很清楚? 去吧!

主量子数 (n)。 它是填充的最后一个能级,并指示轨道的大小以及原子核与电子之间的距离。 为什么? 好简单。 轨道越大,电子离原子核越远。 方位角或二次量子数 (l)。 指出轨道的形状。 磁量子数 (米)。 指示轨道的方向。 自旋量子数 (s)。 告诉电子旋转的方向。

容易吧? 让我们来做重要的事情!

量子数是如何推导出来的

要获得量子数,您只需遵循 2 个简单步骤:

写出电子构型。 从微分电子(填充轨道的最后一个)获取量子数。 电子配置

我们从第 1 步开始,编写电子构型。 如何? 有两种方法可以做到,让我们开始吧!

默勒图

该技术通过下图指示轨道的填充顺序:

默勒图

该图受 Aufbau 原理支配,该原理认为轨道以能量递增的顺序填充,即具有最小能量的轨道将更早填充。

要找出哪个轨道具有更多能量,请执行操作 n + l。 如果对两个不同原子的这种操作产生相同的数字,则数字 n 较大的原子将具有更多的能量。 换句话说,在平局的情况下,首先填充数字最小的那个。 让我们看一个例子:

4p:n + l -> 4 + 1 = 5

5 秒:n + l -> 5 + 0 = 5

由于 n + l 规则中存在平局,因此它更早地填充了 4p,因为它的数字 n 较小。

内核模型

要获得遵循此模型的电子配置,您必须非常了解元素周期表。 如果我们有表中元素的原子序数和位置,那就小菜一碟了!

内核模型

这种方法被认为是一种简化的方法,因为它不需要编写完整的电子配置。 这样,我们可以在括号中写上上面惰性气体元素的名称,然后是从该惰性气体到相关元素的路径。 让我们看一个例子:因此,我们将考虑周期数(元素周期表的行)和“区域”来编写轨迹,一旦写入电子配置,我们将提取量子数。

荧光粉 (P) 将从之前的惰性气体,即氖气中写入:

P -> [Ne] 3s23p3

当然,您必须小心使用此方法,因为区域 d 和 f 是特殊区域。 当我们在旅途中时,在d区我们不会放句号(行),而是句号减一。 面积F也是一样,我们不会放周期数,而是周期数减二。 你会通过几个例子更好地理解它:

铌 -> [氪] 5 秒14d4

虽然是在第 5 期,但当我们在 d 区时,我们减去 1。

Nd -> [Xe] 6s24f14

虽然是在第 6 期,但当我们在 f 区时,我们减去 2。

电子配置中的例外

电子配置有几个特殊方面,如果您不了解它们,可能会导致大头馈线。 但不要传播恐慌! 我们会告诉你的!

F区

F区出现在元素周期表的底部,但实际上“嵌入”在我们看到的白色间隙中,即D区最后两行的第一个和第二个元素之间。

f区

你看到了吗? 出于这个原因,有时,当我们必须写出 F 区元素的电子构型时,例如 Nd,我们必须将一个电子放在 D 区对应能级的 D 区,参考 D 区的那个元素,即在进入 F 区之前。

Ce -> [Xe] 6s25d14f1

第 6 组和第 11 组

第 6 族和第 11 族过渡金属的最后壳层分别具有 4 个和 9 个电子。 因此,为了成为更稳定的元素,s 轨道被激发并失去一个电子,该电子传递到下一个轨道 d。 这样,s轨道就会留下一个电子; 如果是第 5 族的元素,则 d 为 6,如果是第 10 族的元素,则为 11。

下面是一个例子:

银 -> [Kr] 5s24d9

显然,这将是银 (Ag) 的电子构型。 然而,当从 s 轨道失去一个电子时,它看起来像这样:

银 -> [Kr] 5s14d10

但是,此规则也有例外,例如钨(第 6 族),它在 s 轨道中留下 2 个电子,在 d 轨道中留下 4 个电子。

但别担心!最典型的(Cr、Cu、Ag 和 Au)确实遵循此规则。

你明白了吗? 好。 这就是您需要了解的有关电子配置的全部信息。 让我们去寻找量子数吧!

如何获得量子数

为了获得量子数,我们必须知道每个轨道壳中有多少电子,考虑到轨道中有 2 个电子。

层. 它只有一个轨道,所以它可以容纳 2 个电子。

斗篷

层p. 它有 3 个轨道,所以有 6 个电子的空间。

p层

d层. 它有 5 个轨道,因此可以容纳 10 个电子。

d层

f层. 它有 7 个轨道,也就是说,它拥有 14 个电子。

f层

现在您了解每个轨道中有 2 个电子,您应该知道 Hund 规则。 该规则表示,当填充同一亚能级或壳层的轨道时,例如,p 壳层,电子在一个方向(正)然后在另一个方向(负)填充轨道。 你想用一个例子来看看吗?

如果我们有 2p4,即具有 2 个电子的 4p 轨道不会像这样填充:

示例量子数 1

它会像这样填充:

示例量子数 2

你明白了吗? 太好了,让我们看看如何计算数字:

量子数 n。 这个数字与电子配置的最后一级的数字一致。 例如,如果电子构型以 4s 结束2,主量子数将为 4。 量子数 l。 此数字取决于已填充的最后一层。 层 s -> l = 0 层 p -> l = 1 层 d -> l = 2 层 f -> l = 3 量子数 m。 数字 m 可以是 -l 到 + l 之间的任何值,因此它将取决于微分电子所在的子能级,即取决于它是 s、p、d 还是 f。 这个数字的计算方法有点复杂,我们来几张图看看吧: 层 s -> 正如我们所见,l 的值是 0,所以 m 的值只能是 0。 层 p -> l 值 1,所以 m 可以是 -1、0 或 1。

示例量子数 3

层 d -> l 是 2,所以 m 可以是 -2、-1、0、1 和 2。

示例量子数 4

层 f -> l 值 3,所以 m 可以是 -3、-2、-1、0、1、2 和 3。

示例量子数 5

您已经知道轨道是如何填充的,因此量子数 m 将具有最后绘制的电子所在的空穴的值。 你还记得之前的这个例子吗?:

示例量子数 6

在这种情况下,m 将为 -1,因为在 p 壳层(3 个轨道)中,如果有 4 个电子,最后一个填充的将是第一个轨道的负数。

量子数. 量子数 s 只能值 ½ 和 -½。 如果绘制的最后一个电子为正电子,即箭头向上,则 s 将为 ½。 另一方面,如果填充轨道的最后一个电子为负,即箭头向下,则 s 将为 -½。 练习和例子

是的,我们已经知道所有这些信息量很大,但是通过一些示例您会更好地理解它。 开始了!

例如1

硒 (Se) -> 原子序数:34

我们写出电子构型。 考虑到 s、p、d 和 f 轨道分别具有 2、6、10 和 14 个电子,我们正在根据 Moeller 图编写电子配置。 我们通过添加电子数来编写配置,它被写为指数。

1s22s22p63s23p64s23d104p4

由于 4p 轨道没有填满,因为电子加起来为 36,我们不放 4p6但是 4p4.

我们取出量子数。 为此,我们查看价电子或微分电子,即填充轨道的最后一个电子。 在这种情况下,我们将查看 4p4. 主量子数。 要填充的最后一个能级是 4。

n = 4

二次量子数。 要填充的最后一个能量子级是 p 轨道。

l = 1

磁量子数。 如果我们正在绘制电子,最后填充的将是 p 壳层的第一个轨道。

示例量子数 7

米 = -1

自旋量子数。 占据 p 轨道的最后一个电子具有向下箭头。

s = -½

例如2

金 (Au) -> [Xe] 6s14f145d10

主量子数 -> N = 5时 二级量子数 -> l = 2 磁量子数 -> 米 = 2 自旋量子数 -> s = -½

就这样! 现在轮到你了,你能做电子配置并获得以下元素的量子数吗?:

Cr (24)、Rb (37)、Br (35)、Lu (71)、Au (79)



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