量子数:它们是什么,练习和例子 |
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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。 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: 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! 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。 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。 层p. 它有 3 个轨道,所以有 6 个电子的空间。 d层. 它有 5 个轨道,因此可以容纳 10 个电子。 f层. 它有 7 个轨道,也就是说,它拥有 14 个电子。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: 它会像这样填充: 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。 层 d -> l 是 2,所以 m 可以是 -2、-1、0、1 和 2。 层 f -> l 值 3,所以 m 可以是 -3、-2、-1、0、1、2 和 3。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?: 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。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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