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:
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.
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.