MGA NUMERO NG DAMI: KUNG ANO AT ANO, NALUTAS ANG MGA EHERSISYO - CHEMISTRY - 2024

Ang mga numero ng kabuuan ay ang mga naglalarawan sa pinapayagan na mga estado ng enerhiya para sa mga particle. Sa kimika ginagamit ang mga ito lalo na para sa elektron sa loob ng mga atomo, na ipinapalagay na ang kanilang pag-uugali ay ang isang nakatayong alon sa halip na isang spherical na katawan na nag-a-orbildo sa nucleus.

Isinasaalang-alang ang elektron bilang isang nakatayong alon, maaari lamang itong magkaroon ng kongkreto at di-makatwirang mga panginginig ng boses; na sa madaling salita ay nangangahulugan na ang kanilang mga antas ng enerhiya ay nasusukat. Samakatuwid, ang elektron ay maaari lamang sakupin ang mga lugar na nailalarawan sa pamamagitan ng isang equation na tinatawag na three-dimensional na alon function ѱ.

Pinagmulan: Pixabay

Ang mga solusyon na nakuha mula sa equation ng Schrödinger wave ay tumutugma sa mga tukoy na lugar sa espasyo kung saan naglalakbay ang mga electron sa loob ng nucleus: ang mga orbit. Samakatuwid, isinasaalang-alang din ang bahagi ng alon ng elektron, nauunawaan na sa orbitals lamang ang may posibilidad na matagpuan ito.

Ngunit saan ang mga numero ng dami para sa elektron ay naglalaro? Ang mga numero ng dami ay tumutukoy sa masiglang katangian ng bawat orbital at, samakatuwid, ang estado ng mga elektron. Ang mga halaga nito ay sumunod sa mga mekanika ng quantum, kumplikadong pagkalkula ng matematika at mga pagtataya na ginawa mula sa atom ng hydrogen.

Dahil dito, ang mga numero ng dami ay nasa isang hanay ng mga paunang natukoy na mga halaga. Ang hanay ng mga ito ay tumutulong upang makilala ang mga orbital kung saan ang isang tukoy na mga electron transits, na kung saan ay kumakatawan sa mga antas ng enerhiya ng atom; at din ang elektronikong pagsasaayos na nakikilala ang lahat ng mga elemento.

Ang isang masining na paglalarawan ng mga atoms ay ipinapakita sa imahe sa itaas. Kahit na medyo lumaki, ang sentro ng mga atom ay may mas mataas na density ng elektron kaysa sa kanilang mga gilid. Nangangahulugan ito na habang lumalayo ang distansya mula sa nucleus, mas mababa ang posibilidad ng paghahanap ng isang elektron.

Gayundin, may mga rehiyon sa loob ng ulap na kung saan ang posibilidad ng paghahanap ng elektron ay zero, iyon ay, mayroong mga node sa orbitals. Ang mga numero ng dami ay kumakatawan sa isang simpleng paraan upang maunawaan ang mga orbit at kung saan nagmula ang mga elektronikong pagsasaayos.

Ano at ano ang mga numero ng dami sa kimika?

Ang mga numero ng dami ay tumutukoy sa posisyon ng anumang butil. Sa kaso ng elektron, inilalarawan nila ang masiglang estado nito, at samakatuwid, kung saan matatagpuan ang orbital. Hindi lahat ng mga orbit ay magagamit para sa lahat ng mga atom, at sila ay napapailalim sa pangunahing bilang ng n.

Pangunahing numero ng dami

Tinukoy nito ang pangunahing antas ng enerhiya ng orbital, kaya lahat ng mas mababang mga orbit ay dapat ayusin ito, pati na rin ang kanilang mga electron. Ang bilang na ito ay direktang proporsyonal sa laki ng atom, dahil mas malaki ang distansya mula sa nucleus (mas malaking atomic radii), mas malaki ang lakas na hinihiling ng mga electron upang lumipat sa mga puwang na ito.

Anong mga halaga ang maaaring makuha? Buong numero (1, 2, 3, 4, …), na kanilang pinapahintulutang halaga. Gayunpaman, sa pamamagitan nito mismo ay hindi nagbibigay ng sapat na impormasyon upang tukuyin ang isang orbital, tanging ang laki nito. Upang mailalarawan nang detalyado ang mga orbit, kailangan mo ng hindi bababa sa dalawang karagdagang mga numero ng dami.

Azimuth, angular, o pangalawang numero ng dami

Ito ay ipinapahiwatig ng titik l, at salamat dito, ang orbital ay nakakakuha ng isang tiyak na hugis. Simula sa pangunahing numero ng n, kung anong mga halaga ang kinukuha ng pangalawang numero na ito? Dahil ito ang pangalawa, ito ay tinukoy ng (n-1) hanggang sa zero. Halimbawa, kung ang n ay katumbas ng 7, kung gayon ang l ay (7-1 = 6). At ang saklaw ng mga halaga nito ay: 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0.

Kahit na mas mahalaga kaysa sa mga halaga ng l ay ang mga titik (s, p, d, f, g, h, i …) na nauugnay sa kanila. Ang mga titik na ito ay nagpapahiwatig ng mga hugis ng mga orbit: s, spherical; p, mga timbang o kurbatang; d, dahon ng klouber; at iba pa sa iba pang mga orbit, na ang mga disenyo ay masyadong kumplikado na maiugnay sa anumang pigura.

Ano ang kapaki-pakinabang nito? Ang mga orbit na ito na may tamang mga form at alinsunod sa mga approximations ng pag-andar ng alon, tumutugma sa mga subshell ng pangunahing antas ng enerhiya.

Samakatuwid, ang isang orbital ng 7s ay nagpapahiwatig na ito ay isang spherical subshell sa antas ng 7, habang ang isang 7p orbital ay nagpapahiwatig ng isa pang may hugis ng isang timbang ngunit sa parehong antas ng enerhiya. Gayunpaman, alinman sa dalawang numero ng kabuuan na tumpak na inilarawan ang "probabilistic whereabout" ng elektron.

Magnetic dami ng dami

Ang mga spheres ay pantay-pantay sa espasyo, gaano man sila paikutin, ngunit pareho ay hindi nangyayari sa "mga timbang" o sa "mga dahon ng klouber." Ito ay kung saan ang magnetic na dami ng ml ay naglalaro, na naglalarawan ng spatial orientation ng orbital sa isang three-dimensional na axis ng Cartesian.

Tulad ng ipinaliwanag, ang ml ay nakasalalay sa pangalawang numero ng dami. Samakatuwid, upang matukoy ang pinapahintulutang mga halaga nito, ang agwat (- l, 0, + l) ay dapat isulat at makumpleto nang paisa-isa, mula sa isang matindi hanggang sa iba pa.

Halimbawa, para sa 7p, ang p ay tumutugma sa = 1, kaya ang ml nito ay (-1, o, +1). Ito ay para sa kadahilanang ito na mayroong tatlong p orbitals (p _x , p, _at p _z ).

Ang isang direktang paraan upang makalkula ang kabuuang bilang ng ml ay sa pamamagitan ng paglalapat ng pormula 2 l + 1. Kaya, kung ang l = 2, 2 (2) + 1 = 5, at dahil ang katumbas ng 2 ay tumutugma sa d orbital, mayroong samakatuwid parehong limang d orbitals.

Bilang karagdagan, mayroong isa pang formula upang makalkula ang kabuuang bilang ng ml para sa isang pangunahing antas ng dami ng n (iyon ay, hindi papansin ang l): n ² . Kung n ay katumbas ng 7, kung gayon ang bilang ng kabuuang mga orbit (kahit na ano ang kanilang mga hugis) ay 49.

Ang numero ng dami ng paikutin

Salamat sa mga kontribusyon ni Paul AM Dirac, ang huling ng apat na numero ng dami ay nakuha, na ngayon ay tumutukoy partikular sa isang elektron at hindi sa orbital nito. Ayon sa prinsipyo ng pagbubukod sa Pauli, ang dalawang elektron ay hindi magkakaroon ng parehong mga numero ng dami, at ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay nasa sandali ng pag-ikot, ms.

Anong mga halaga ang maaaring makuha ng ms? Ang dalawang elektron ay nagbabahagi ng parehong orbital, ang isa ay dapat maglakbay sa isang direksyon ng puwang (+1/2) at ang iba pa sa kabaligtaran na direksyon (-1/2). Kaya ang mga ms ay may mga halaga ng (± 1/2).

Ang mga hula na ginawa para sa bilang ng mga orbital na atom at tinukoy ang spatial na posisyon ng elektron bilang isang nakatayo na alon, ay nakumpirma na may eksperimento na may ebidensya na spectroscopic.

Malutas na ehersisyo

Ehersisyo 1

Ano ang hugis ng 1s orbital ng isang hydrogen atom, at ano ang mga bilang ng dami na naglalarawan ng nag-iisang elektron?

Una, nagsasaad ng pangalawang numero ng dami ng l, na ang hugis ay pabilog. Dahil ang tumutugma sa isang halaga ng l katumbas ng zero (s-0, p-1, d-2, atbp.), Ang bilang ng mga estado ml ay: 2 l + 1, 2 (0) + 1 = 1 Iyon ay, mayroong 1 orbital na tumutugma sa subshell l, at kung saan ang halaga ay 0 (- l, 0, + l, ngunit ang halaga ay 0 sapagkat ito ay subshell s).

Samakatuwid, mayroon itong iisang orbital na 1s na may natatanging orientation sa espasyo. Bakit? Dahil ito ay isang globo.

Ano ang pag-ikot ng elektron na iyon? Ayon sa panuntunan ni Hund, dapat itong ma-orient bilang +1/2, dahil ito ang una upang sakupin ang orbital. Kaya, ang apat na dami ng dami para sa 1s ¹ elektron (pagsasaayos ng elektron ng elektron) ay: (1, 0, 0, +1/2).

Mag-ehersisyo 2

Ano ang mga subshell na inaasahan para sa antas 5, pati na rin ang bilang ng mga orbital?

Paglutas para sa mabagal na paraan, kapag n = 5, l = (n -1) = 4. Samakatuwid, mayroong 4 mga sublayer (0, 1, 2, 3, 4). Ang bawat subshell ay tumutugma sa isang iba't ibang halaga ng l at may sariling mga halaga ng ml. Kung ang bilang ng mga orbit ay natukoy muna, pagkatapos ay sapat na upang doble ito upang makuha iyon ng mga electron.

Ang mga magagamit na sublayer ay s, p, d, f, at g; samakatuwid, 5s, 5p, 5d, 5d, at 5g. At ang kani-kanilang orbital ay ibinibigay ng agwat (- l, 0, + l):

(0)

(-1, 0, +1)

(-2, -1, 0, +1, +2)

(-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)

(-4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4)

Ang unang tatlong numero ng dami ay sapat upang matapos na tukuyin ang mga orbit; at sa kadahilanang iyon ang estado ng ml ay pinangalanan bilang ganoon.

Upang makalkula ang bilang ng mga orbital para sa antas na 5 (hindi ang kabuuan ng atom), sapat na upang ilapat ang formula 2 l + 1 para sa bawat hilera ng pyramid:

2 (0) + 1 = 1

2 (1) + 1 = 3

2 (2) + 1 = 5

2 (3) + 1 = 7

2 (4) + 1 = 9

Tandaan na ang mga resulta ay maaari ring makuha lamang sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga integer sa pyramid. Ang bilang ng mga orbit ay pagkatapos ay ang kabuuan ng mga ito (1 + 3 + 5 + 7 + 9 = 25 orbitals).

Mabilis na paraan

Ang pagkalkula sa itaas ay maaaring gawin sa isang mas direktang paraan. Ang kabuuang bilang ng mga electron sa isang shell ay tumutukoy sa elektronikong kapasidad nito, at maaaring makalkula sa formula 2n ² .

Kaya, para sa ehersisyo 2 mayroon kami: 2 (5) ² = 50. Samakatuwid, ang shell 5 ay may 50 elektron, at dahil maaaring magkaroon lamang ng dalawang electrons bawat orbital, mayroong (50/2) 25 orbitals.

Mag-ehersisyo 3

Posible ba ang pagkakaroon ng isang 2d o 3f orbital? Ipaliwanag.

Ang mga subshell d at f ay mayroong pangunahing dami ng numero 2 at 3. Upang malaman kung ang mga ito ay magagamit, dapat itong mapatunayan kung ang mga halagang ito ay nahuhulog sa pagitan ng agwat (0, …, n-1) para sa pangalawang numero ng kabuuan. Dahil ang n ay 2 para sa 2d, at 3 para sa 3f, ang mga agwat nito para sa l ay: (0,1) at (0, 1, 2).

Mula sa kanila mapapansin na ang 2 ay hindi pumasok (0, 1) o 3 ay hindi pumasok (0, 1, 2). Samakatuwid, ang mga orbit na 2d at 3f ay hindi pinapayagan ng masiglang at walang mga elektron na maaaring lumipat sa pamamagitan ng rehiyon ng puwang na tinukoy ng mga ito.

Nangangahulugan ito na ang mga elemento sa ikalawang yugto ng pana-panahong talahanayan ay hindi maaaring bumubuo ng higit sa apat na mga bono, habang ang mga kabilang sa panahon ng 3 pasulong ay maaaring gawin ito sa kung ano ang kilala bilang pagpapalawak ng valence shell.

Ehersisyo 4

Aling orbital ang tumutugma sa sumusunod na dalawang numero ng dami: n = 3 at l = 1?

Dahil ang n = 3, nasa layer 3 kami, at ang l = 1 ay nagsasaad ng p orbital. Samakatuwid, ang orbital lamang ay tumutugma sa 3p. Ngunit mayroong tatlong p orbitals, kaya kukuha ng magnetic number number ml upang makilala ang isang tiyak na orbital sa kanila.

Ehersisyo 5

Ano ang kaugnayan sa pagitan ng mga numero ng dami, pagsasaayos ng elektron, at ang pana-panahong talahanayan? Ipaliwanag.

Dahil inilalarawan ng mga numero ng dami ang mga antas ng enerhiya ng mga elektron, inilalantad din nila ang elektronikong likas na mga atomo. Kung gayon, ang mga atomo, ay nakaayos sa pana-panahong talahanayan ayon sa kanilang bilang ng mga proton (Z) at mga electron.

Ang mga pangkat ng pana-panahong talahanayan ay nagbabahagi ng mga katangian ng pagkakaroon ng parehong bilang ng mga electron ng valence, habang ang mga panahon ay sumasalamin sa antas ng enerhiya kung saan natagpuan ang mga electron na ito. At anong numero ng dami ang tumutukoy sa antas ng enerhiya? Ang pangunahing, n. Bilang isang resulta, n ay katumbas ng panahon na ang isang atom ng elemento ng kemikal ay nasasakop.

Gayundin, mula sa mga bilang ng dami ang mga orbital ay nakuha na, pagkatapos na inutusan na may panuntunan sa konstruksyon ng Aufbau, ay nagbibigay ng pagtaas sa elektronikong pagsasaayos. Samakatuwid, ang mga numero ng dami ay nasa pagsasaayos ng elektron at kabaligtaran.

Halimbawa, ang pagsasaayos ng elektron 1s ^{2 ay} nagpapahiwatig na mayroong dalawang elektron sa isang s subshell, ng isang solong orbital, at sa shell 1. Ang pagsasaayos na ito ay tumutugma sa helium atom, at ang dalawang electron na ito ay maaaring maiba-iba gamit ang bilang ng bilang ng magsulid; ang isa ay magkakaroon ng halaga ng +1/2 at ang iba pang mga -1/2.

Ehersisyo 6

Ano ang mga numero ng kabuuan para sa 2p ⁴ subshell ng oxygen atom?

Mayroong apat na mga electron (ang 4 sa p). Ang lahat ng mga ito ay nasa antas n katumbas ng 2, sumasakop sa subshell l na katumbas ng 1 (ang mga orbit na may mga hugis ng timbang). Hanggang sa pagkatapos, ibinahagi ng mga electron ang unang dalawang numero ng dami, ngunit naiiba sa natitirang dalawa.

Dahil ang katumbas ng 1, ang ML ay kumukuha ng mga halaga (-1, 0, +1). Samakatuwid, mayroong tatlong orbit. Isinasaalang-alang ang patakaran ng Hund na punan ang mga orbit, magkakaroon ng isang ipinares na pares ng mga elektron at dalawa sa kanila ay walang bayad (↑ ↓ ↑ ↑).

Ang unang elektron (mula kaliwa hanggang kanan ng mga arrow) ay magkakaroon ng mga sumusunod na numero ng kabuuan:

(2, 1, -1, +1/2)

Ang dalawa pang natitira

(2, 1, -1, -1/2)

(2, 1, 0, +1/2)

At para sa electron sa huling orbital ng 2p, ang arrow hanggang sa kanan

(2, 1, +1, +1/2)

Tandaan na ang apat na mga electron ay nagbabahagi ng unang dalawang numero ng dami. Tanging ang una at pangalawang elektron ang nagbabahagi ng dami ng ml ng ml (-1), dahil sila ay ipinares sa parehong orbital.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral, p. 194-198.
2. Mga Numero ng Dami at Mga Pag-configure ng Elektron. (sf) Kinuha mula sa: chemed.chem.purdue.edu
3. Chemistry LibreTexts. (Marso 25, 2017). Mga Bilang ng Bilang. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org
4. Helmenstine MA Ph.D. (Abril 26, 2018). Numero ng Dami: Kahulugan. Nabawi mula sa: thoughtco.com
5. Mga Orbital at Numero ng Mga Numero ng Praktikal . Kinuha mula sa: utdallas.edu
6. ChemTeam. (sf). Mga Problema sa Numero ng Numero. Nabawi mula sa: chemteam.info