Przeczytaj
W jaki sposób można zlokalizować elektron?
Elektrony są cząstkami elementarnymi, które otaczają jądro atomowe i poruszają się w stosunku do niego w pewnej odległości. Lokalizacja elektronu może być podana jako prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym punkcie. Owo prawdopodobieństwo nazywane jest inaczej chmurą elektronową. Bardziej zagęszczona jest tam, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest większe. Do opisu stanu elektronu w atomie wykorzystuje się liczby kwantoweliczby kwantowe. Liczb tych jest pięć, ale ponieważ jedna z nich przyjmuje zawsze tę samą wartość liczbową, to zazwyczaj posługujemy się tylko czterema liczbami do opisu stanu elektronu w atomu.
Połącz pojęcia z ich definicjami.
określa wewnętrzny moment pędu elektronu; wartość tej liczby kwantowej dla każdego elektronu jest równa <span aria-label="początek ułamka, jeden, mianownik, dwa, koniec ułamka" role="math"><math><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac></math></span>., <span aria-label="n" role="math"><math><mi>n</mi></math></span> może przyjmować wartości 1, 2, 3, 4, 5, 6,... i jest równa co do wartości liczbowej numerowi powłoki, w której znajduje się dany elektron; im wyższa wartość głównej liczby kwantowej, tym większa energia elektronu oraz większy rozmiar orbitalu., <span aria-label="l" role="math"><math><mi>l</mi></math></span> może przyjmować wartości <span aria-label="zero, mniejszy równy, l, mniejszy równy, nawias, n, minus, jeden, zamknięcie nawiasu" role="math"><math><mn>0</mn><mo>≤</mo><mi>l</mi><mo>≤</mo><mfenced><mrow><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></mfenced></math></span>; określa, w której z podpowłok elektronowych znajduje się elektron: podpowłoce <span aria-label="s" role="math"><math><mi>s</mi></math></span> odpowiada bowiem wartość l=0, podpowłoce <span aria-label="p" role="math"><math><mi>p</mi></math></span> wartość l=1, a podpowłoce <span aria-label="d" role="math"><math><mi>d</mi></math></span> wartość l=2., <span aria-label="m indeks dolny, s" role="math"><math><msub><mi>m</mi><mi>s</mi></msub></math></span> może przyjmować wartości ½ lub -½; określa kierunek spinu (wewnętrznego momentu pędu) elektronu., <span aria-label="m" role="math"><math><mi>m</mi></math></span> może przyjmować wartości od –<span aria-label="l" role="math"><math><mi>l</mi></math></span> do <span aria-label="l" role="math"><math><mi>l</mi></math></span> (włącznie z zerem); określa, na którym poziomie orbitalnym znajduje się elektron oraz kształt i orientację przestrzenną orbitalu.
Główna liczba kwantowa | |
Poboczna liczba kwantowa | |
Magnetyczna liczba kwantowa | |
Magnetyczna spinowa liczba kwantowa | |
Spinowa liczba kwantowa |
Zakaz Pauliego
W roku Wolfgang Pauli zaproponował zasadę, zgodnie z którą w jednym atomie lub jonie nie mogą istnieć dwa elektrony o takich samych stanach kwantowych, czyli o takich samych wartościach czterech liczb kwantowychliczb kwantowych, ponieważ każdy elektron różni się od innych energią całkowitą. Zasada została nazwana zakazem Pauliego. Poszczególne powłoki i podpowłoki mieszczą ograniczoną liczbę elektronów.
Skoro z zakazu Pauliego wynika, że elektrony muszą się różnić wartością przynajmniej jednej liczby kwantowej (, , lub ), to tworząc odpowiednie kombinacje wszystkich czterech liczb kwantowych, można określić położenie elektronów na poziomach kwantowych oraz określić maksymalną liczbę elektronów na powłokach i podpowłokach.
Obliczanie stanów kwantowych
Maksymalną liczbę elektronów, które mogą zajmować daną powłokę elektronową, czyli liczbę stanów kwantowych, można wyznaczyć ze wzoru:
gdzie:
– główna liczba kwantowa.
Ze wzoru wynika, że np. powłokę mogą zajmować maksymalnie , czyli dwa elektrony. Jest to już dla nas zrozumiałe, ponieważ dowiedzieliśmy się wcześniej, że powłoka ta składa się z tylko z podpowłoki typu , która zawiera z kolei tylko jeden orbital . Orbital ten obsadzić mogą tylko dwa elektrony o przeciwnych spinach (czyli o przeciwnych wartościach magnetycznej spinowej liczby kwantowej: lub )
Liczba elektronów w podpowłoce elektronowejpodpowłoce elektronowej | Liczba elektronów w powłoce elektronowejpowłoce elektronowej | ||||
---|---|---|---|---|---|
Podobnie oblicza się liczbę elektronów w powłokach dla wyższych stanów energetycznych, np. dla itd. Poniższa tabela pokazuje, jaka liczba elektronów może obsadzić każdą powłokę oraz jakie możliwe wartości przyjmują poszczególne liczby kwantowe w przypadku tych powłok. Analizując tabelę, weź pod uwagę, że każdy poziom orbitalny obsadzić mogą dwa elektrony o przeciwnej wartości magnetycznej spinowej liczby kwantowej ( lub ). Innymi słowy, każdej wartości liczby m możesz przypisać dwie wartości liczby .
Rozmieszczenie elektronów na poziomach energetycznych
Główna liczba kwantowa i odpowiadające jej poboczne liczby kwantowe
Głowna liczba kwantowa | Powłoka elektronowa | Poboczna liczba kwantowa | Orbital atomowy (podpowłoka elektronowa) | Magnetyczna liczba kwantowa | Liczba elektronów | |
---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||
| ||||||
|
Opisz stan kwantowy elektronów walencyjnych atomu wanadu (symbol ). Wanad to pierwiastek należący do bloku układu okresowego (czwarty okres, piąta grupa). Posiada pięć elektronów walencyjnych.
, ,
Liczba kwantowa | Elektron 1 | Elektron 2 | Elektron 3 | Elektron 4 | Elektron 5 |
---|---|---|---|---|---|
Zapamiętaj
Stan elektronu w atomie można opisać za pomocą czterech liczb kwantowych.
Każdy orbital atomowy może opisywać dwa elektrony o takiej samej energii, ale o przeciwnym spinie (przeciwnej wartości liczby kwantowej ).
W zależności od rodzaju powłoki elektronowej, może ona zawierać maksymalnie po jednym orbitalu typu , trzy orbitale typu , pięć orbitali typu oraz siedem orbitali typu .
Słownik
zbiór elektronów o zbliżonych energiach i jednakowej wartości głównej liczby kwantowej
zbiór elektronów o jednakowych energiach, czyli opisanych tymi samymi liczbami i
stan kwantowy o takiej samej wartości liczb kwantowych , ,
funkcja falowa psi opisująca stan energetyczny elektronu w atomie
wielkość fizyczna, która określa właściwości magnetyczne elektronu, wynikające z jego ruchu wewnętrznego
parametry, które określają stan elektronu w atomie
Bibliografia
Atkins P., Jones L., Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th Edition, New York 2009.
Penkala T., Podstawy Chemii Ogólnej, Warszawa 1982.
Trzebiatowski W., Chemia Nieorganiczna, Warszawa 1978.