Dzisiejszy temat nie jest bezpośrednio związany z układem okresowym, ale jeżeli chcemy dowiedzieć się wszystkiego o układzie okresowym to musimy poznać pojęcie liczb kwantowych.
Liczby kwantowe to niestety trudne pojęcie do wytłumaczenia, ponieważ nie ma jednoznacznej definicji, a poza tym musielibyście poznać podstawy chemii kwantowej, czego nie będę tego robić, aby Was nie wystraszyć.
Przy omawianiu tego zagadnienia powinniśmy powtórzyc budowę atomu:
Ze schematu możemy odczytać:
* jądro atomowe składa się z protonów (+) i neutronów (0)
* elektrony (-) krążą po orbitach
Jest kilka rodzajów liczb kwantowych:
1. Główna liczba kwantowa n - określa powłokę, po której krąży elektron. Jeżeli uważnie czytałeś bloga to na pewno pamiętasz, że okres w układzie okresowy wyznacza właśnie tę wartość (jeżeli jeszcze tego nie kojarzysz to zajrzyj TUTAJ). Okresów w tablicy Wernera mamy 7, więc główna liczba kwantowa n może przybierać wartości od 1 do 7.
Jak zauważyłeś na schemacie, powłokom elektronowym przypisuję się konkretną literę od K do Q, gdzie:
- powłoka K jest pierwsza od jądra
- powłoka L jest druga od jądra
- powłoka M jest trzecia od jądra
- powłoka N jest czwarta od jądra
- powłoka O jest piąta od jądra
- powłoka P jest szósta od jądra
- powłoka Q jest siódma od jądra
Oczywiście na każdej powłoce może być maksymalna ilość elektronów (patrz niebieskie cyfry przy powłokach). Do określenia tego służy wzór 2n2, gdzie n to główna liczba kwantowa, czyli numer powłoki.
2. Poboczna liczba kwantowa l - rozróżnia stany energetyczne elektronów w tej samej powłoce, czyli po prostu mówi o tym, na której podpowłoce znajduje się elektron. Może ona przybierać wartości od 0 do n-1 (gdzie n jest główną liczbą kwantową - patrz powyżej). Dla każdej powłoki przypisuje się konkretną poboczną liczbę kwantową.
Wyróżniamy cztery podpowłoki i oznaczane są one symbolami: s, p, d, f. Podobnie jak w przypadku powłok elektronowych (patrz powyżej) jest wyznaczona maksymalna liczba elektronów jaka może znajdować się na danej podpowłoce, a wyraża to wzór: 4l + 2 gdzie l to poboczna liczba kwantowa:
UWAGA! Podpowłok jest 7 (tyle samo co powłok), ale w
szkołach używa się tylko do 4 powłok i podpowłok.
3. Magnetyczna liczba kwantowa m - określa przestrzenne ułożenie się orbitali podpowłok (brzmi strasznie). Przyjmuje ona wartości -l < m < l , gdzie l to poboczna liczba kwantowa
Teraz nasuwa się pytanie "Skąd wiem, która magnetyczna liczba kwantowa jest prawidłowa dla opisywanego elektronu?"
4. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms - związana z obrotem elektronu wokół własnej osi. Przyjmuje dwie wartości: 1/2 oraz -1/2
Wartość dodatnia (1/2) magnetycznej spinowej liczby kwantowej jest przypisana elektronowi, który jest zapisany w formie strzałki skierowanej w górę. Natomiast wartość ujemna (-1/2) opisuje elektron oznaczony jako strzałka do dołu.
UWAGA! Przy wypisywaniu liczb kwantowych danego elektrony należy pamiętać o zakazie Pauliego. Reguła mówi o tym, że:
* nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznym stanie kwantowym, czyli o tych samych wartościach czterech liczba kwantowych - przynajmniej musi być jedna różnica
* przy zaznaczaniu elektronów w "kwadracikach" zaczynamy od strzałki w górę
* zaznaczając elektrony na początku trzeba każdy kwadracik zapełnić strzałkami w górę, a dopiero później w dół
Przykładowe zadanie:
Określ liczby kwantowe elektronów:
![](data:image/png;base64,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)
n = 2 (duża cyfra przy podpowłoce oznacza n)
l = 1 (bo leży w podpowłoce p)
m = -1, 0, 1
ms= 1/2, -1/2, 1/2, -1/2, 1/2, -1/2
![](data:image/png;base64,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)
n = 4
l = 2 (bo leży w podpowłoce d)
m = -2, -1, 0
ms = 1/2, 1/2, 1/2
Dzisiaj poruszyłam liczby kwantowe, aby móc w następnym poście pisać o blokach elektronowych i konfiguracji, wtedy nauczymy się rozpisywac elektrony w każdym pierwiastku i będziemy opisywać jego liczby kwantowe.
Mam nadzieję, że jest to zrozumiałe, choć na pewno wszystko bardziej się rozjaśni gdy poruszymy temat związany z konfiguracją, ale cierpliwości - wpis o tym już niedługo.
Liczby kwantowe to niestety trudne pojęcie do wytłumaczenia, ponieważ nie ma jednoznacznej definicji, a poza tym musielibyście poznać podstawy chemii kwantowej, czego nie będę tego robić, aby Was nie wystraszyć.
Przy omawianiu tego zagadnienia powinniśmy powtórzyc budowę atomu:
Ze schematu możemy odczytać:
* jądro atomowe składa się z protonów (+) i neutronów (0)
* elektrony (-) krążą po orbitach
Jest kilka rodzajów liczb kwantowych:
1. Główna liczba kwantowa n - określa powłokę, po której krąży elektron. Jeżeli uważnie czytałeś bloga to na pewno pamiętasz, że okres w układzie okresowy wyznacza właśnie tę wartość (jeżeli jeszcze tego nie kojarzysz to zajrzyj TUTAJ). Okresów w tablicy Wernera mamy 7, więc główna liczba kwantowa n może przybierać wartości od 1 do 7.
Jak zauważyłeś na schemacie, powłokom elektronowym przypisuję się konkretną literę od K do Q, gdzie:
- powłoka K jest pierwsza od jądra
- powłoka L jest druga od jądra
- powłoka M jest trzecia od jądra
- powłoka N jest czwarta od jądra
- powłoka O jest piąta od jądra
- powłoka P jest szósta od jądra
- powłoka Q jest siódma od jądra
Oczywiście na każdej powłoce może być maksymalna ilość elektronów (patrz niebieskie cyfry przy powłokach). Do określenia tego służy wzór 2n2, gdzie n to główna liczba kwantowa, czyli numer powłoki.
Symbol powłoki |
Główna liczba kwantowa n |
Max. liczba elektronów 2n2
|
K |
1 |
2 |
L |
2 |
8 |
M |
3 |
18 |
N |
4 |
32 |
O |
5 |
50 |
P |
6 |
72 |
Q |
7 |
98 |
2. Poboczna liczba kwantowa l - rozróżnia stany energetyczne elektronów w tej samej powłoce, czyli po prostu mówi o tym, na której podpowłoce znajduje się elektron. Może ona przybierać wartości od 0 do n-1 (gdzie n jest główną liczbą kwantową - patrz powyżej). Dla każdej powłoki przypisuje się konkretną poboczną liczbę kwantową.
Wyróżniamy cztery podpowłoki i oznaczane są one symbolami: s, p, d, f. Podobnie jak w przypadku powłok elektronowych (patrz powyżej) jest wyznaczona maksymalna liczba elektronów jaka może znajdować się na danej podpowłoce, a wyraża to wzór: 4l + 2 gdzie l to poboczna liczba kwantowa:
Symbol podpowłoki |
Wartość pobocznej liczby kwantowej l |
Maksymalna liczba elektronów 4l+2 |
s |
0 |
2 |
p |
1 |
6 |
d |
2 |
10 |
f |
3 |
14 |
3. Magnetyczna liczba kwantowa m - określa przestrzenne ułożenie się orbitali podpowłok (brzmi strasznie). Przyjmuje ona wartości -l < m < l , gdzie l to poboczna liczba kwantowa
Symbol podpowłoki |
Wartość pobocznej liczby kwantowej l |
Wartość magnetycznej liczy
kwantowej m
|
s |
0 |
0 |
p |
1 |
-1, 0, 1 |
d |
2 |
-2, -1, 0, 1, 2 |
f |
3 |
-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 |
Teraz nasuwa się pytanie "Skąd wiem, która magnetyczna liczba kwantowa jest prawidłowa dla opisywanego elektronu?"
Wartość dodatnia (1/2) magnetycznej spinowej liczby kwantowej jest przypisana elektronowi, który jest zapisany w formie strzałki skierowanej w górę. Natomiast wartość ujemna (-1/2) opisuje elektron oznaczony jako strzałka do dołu.
UWAGA! Przy wypisywaniu liczb kwantowych danego elektrony należy pamiętać o zakazie Pauliego. Reguła mówi o tym, że:
* nie mogą istnieć dwa elektrony o identycznym stanie kwantowym, czyli o tych samych wartościach czterech liczba kwantowych - przynajmniej musi być jedna różnica
* przy zaznaczaniu elektronów w "kwadracikach" zaczynamy od strzałki w górę
* zaznaczając elektrony na początku trzeba każdy kwadracik zapełnić strzałkami w górę, a dopiero później w dół
Przykładowe zadanie:
Określ liczby kwantowe elektronów:
n = 2 (duża cyfra przy podpowłoce oznacza n)
l = 1 (bo leży w podpowłoce p)
m = -1, 0, 1
ms= 1/2, -1/2, 1/2, -1/2, 1/2, -1/2
n = 4
l = 2 (bo leży w podpowłoce d)
m = -2, -1, 0
ms = 1/2, 1/2, 1/2
Dzisiaj poruszyłam liczby kwantowe, aby móc w następnym poście pisać o blokach elektronowych i konfiguracji, wtedy nauczymy się rozpisywac elektrony w każdym pierwiastku i będziemy opisywać jego liczby kwantowe.
Mam nadzieję, że jest to zrozumiałe, choć na pewno wszystko bardziej się rozjaśni gdy poruszymy temat związany z konfiguracją, ale cierpliwości - wpis o tym już niedługo.
Witam jestem w 1 klasie liceum i mam przygotowania do testu między innymi z liczb kwantowych jednak nie posiadam książki. Dzięki temu blogowi wszystko sobie odświeżyłem, Dziękuję bardzo :>
OdpowiedzUsuńŚwietnie wytłumaczone! Z tego wpisu wyniosłam zdecydowanie więcej niż ze szkoły :P
OdpowiedzUsuń:)
OdpowiedzUsuńthis article was very helpful, i hope i will get good mark at egzam.
OdpowiedzUsuń