Nombres quantiques et orbitales électroniques

La chimie est principalement l'étude des interactions électroniques entre les atomes et les molécules. Comprendre le comportement des électrons dans un atome, tels que Principe d'Aufbau, est une partie importante de la compréhension réactions chimiques. Premières théories atomiques a utilisé l'idée que l'électron d'un atome suivait les mêmes règles qu'un mini système solaire où les planètes étaient des électrons en orbite autour d'un soleil central à protons. Les forces d'attraction électrique sont beaucoup plus fortes que les forces gravitationnelles, mais suivent les mêmes règles de base du carré inverse pour la distance. Les premières observations ont montré que les électrons se déplaçaient plus comme un nuage entourant le noyau plutôt que comme une planète individuelle. La forme du nuage, ou orbite, dépendait de la quantité d'énergie, moment angulaire et moment magnétique de l'électron individuel. Les propriétés d'un atome configuration électronique sont décrits par quatre nombres quantiques: n, ℓ, m, et s.

Le premier est le niveau d'énergie Nombre quantique, n. Dans une orbite, des orbites d'énergie inférieure sont proches de la source d'attraction. Plus vous donnez d'énergie à un corps en orbite, plus il s'en va. Si vous donnez suffisamment d'énergie au corps, il quittera complètement le système. Il en va de même pour une orbite électronique. Des valeurs plus élevées de n signifie plus d'énergie pour l'électron et le rayon correspondant du nuage d'électrons ou de l'orbitale est plus éloigné du noyau. Valeurs de n commencer à 1 et monter par des nombres entiers. Plus la valeur de n est élevée, plus les niveaux d'énergie correspondants sont proches les uns des autres. Si suffisamment d'énergie est ajoutée à l'électron, il quittera l'atome et laissera un ion positif derrière.

le deuxième nombre quantique est le nombre quantique angulaire, ℓ. Chaque valeur de n a plusieurs valeurs de ℓ allant de 0 à (n-1). Ce nombre quantique détermine la `` forme '' de la Nuage d'électrons. En chimie, il existe des noms pour chaque valeur de ℓ. La première valeur, ℓ = 0 appelée orbitale s. Les orbitales sont sphériques, centrées sur le noyau. Le second, ℓ = 1 est appelé orbitale p. p orbitales sont généralement polaires et forment une forme de pétale en forme de larme avec le point vers le noyau. ℓ = 2 orbital est appelé orbitale d. Ces orbitales sont similaires à la forme orbitale p, mais avec plus de «pétales» comme une feuille de trèfle. Ils peuvent également avoir des formes d'anneaux autour de la base des pétales. L'orbite suivante, ℓ = 3 est appelée une f orbitale. Ces orbitales ont tendance à ressembler aux orbitales d, mais avec encore plus de «pétales». Les valeurs supérieures de ℓ ont des noms qui suivent dans l'ordre alphabétique.

Le troisième nombre quantique est le nombre quantique magnétique, m. Ces nombres ont été découverts pour la première fois en spectroscopie lorsque les éléments gazeux ont été exposés à un champ magnétique. La ligne spectrale correspondant à une orbite particulière se diviserait en plusieurs lignes lorsqu'un champ magnétique serait introduit à travers le gaz. Le nombre de lignes divisées serait lié au nombre quantique angulaire. Cette relation montre pour chaque valeur de ℓ, un ensemble correspondant de valeurs de m allant de -ℓ à ℓ est trouvé. Ce nombre détermine l'orientation de l'orbitale dans l'espace. Par exemple, p orbitales correspond à ℓ = 1, peut avoir m valeurs de -1,0,1. Cela représenterait trois orientations différentes dans l'espace pour les pétales jumeaux de la forme orbitale p. Ils sont généralement définis pour être p_X, p_y, p_z pour représenter les axes avec lesquels ils s'alignent.

Le quatrième nombre quantique est le spin quantique nombre, s. Il n'y a que deux valeurs pour s, + ½ et -½. Ils sont également appelés «spin up» et «spin down». Ce nombre est utilisé pour expliquer le comportement des électrons individuels comme s'ils tournaient dans le sens horaire ou antihoraire. La partie importante des orbitales est le fait que chaque valeur de m a deux électrons et avait besoin d'un moyen de les distinguer les uns des autres.

Ces quatre chiffres, n, ℓ, m, et s peut être utilisé pour décrire un électron dans un atome stable. Les nombres quantiques de chaque électron sont uniques et ne peuvent pas être partagés par un autre électron dans cet atome. Cette propriété est appelée Principe d'exclusion de Pauli. Un atome stable a autant d'électrons que de protons. Les règles que les électrons suivent pour s'orienter autour de leur atome sont simples une fois que les règles régissant les nombres quantiques sont comprises.

• n peut avoir des valeurs entières: 1, 2, 3, ...
• Pour chaque valeur de n, ℓ peut avoir des valeurs entières de 0 à (n-1)
• m peut avoir n'importe quelle valeur entière, y compris zéro, de -ℓ à + ℓ
• s peut être soit + ½ soit -½