Chemie je většinou studium interakcí elektronů mezi atomy a molekulami. Porozumění chování elektronů v atomu, jako je Princip Aufbau, je důležitou součástí porozumění chemické reakce. Počáteční atomové teorie použil myšlenku, že atomový elektron se řídil stejnými pravidly jako mini sluneční soustava, kde planety byly elektrony obíhající kolem středního protonového slunce. Elektrické přitažlivé síly jsou mnohem silnější než gravitační síly, ale dodržují stejná základní inverzní čtvercová pravidla pro vzdálenost. První pozorování ukázala, že elektrony se pohybovaly spíše jako mrak obklopující jádro, spíše než jednotlivá planeta. Tvar mraku nebo orbitálu závisí na množství energie, úhlová hybnost a magnetický moment jednotlivých elektronů. Vlastnosti atomu elektronová konfigurace jsou popsány čtyřmi kvantová čísla: n, ℓ, m, a s.
První kvantové číslo
První je úroveň energie kvantové číslo, n. Na oběžné dráze jsou oběžné dráhy s nízkou energií blízko zdroje přitažlivosti. Čím více energie dáte tělu na oběžné dráze, tím více to „jde“. Pokud dáte tělu dostatek energie, zcela opustí systém. Totéž platí pro elektronový orbitál. Vyšší hodnoty
n znamená více energie pro elektron a odpovídající poloměr elektronového mraku nebo orbitálu je dále od jádra. Hodnoty n začněte od 1 a zvyšte o celé částky. Čím vyšší je hodnota n, tím blíže jsou odpovídající energetické úrovně. Pokud je k elektronu přidáno dostatečné množství energie, opustí atom a opustí a pozitivní ion za.Druhé kvantové číslo
druhé kvantové číslo je úhlové kvantové číslo, ℓ. Každá hodnota n má více hodnot ℓ v hodnotách od 0 do (n-1). Toto kvantové číslo určuje „tvar“ elektronový mrak. V chemii existují názvy pro každou hodnotu ℓ. První hodnota, ℓ = 0, se nazývá orbitální s. orbitaly jsou kulové, soustředěné na jádro. Druhý ℓ = 1 se nazývá orbitál p. P orbitaly jsou obvykle polární a tvoří okvětní tvar slzy s bodem směrem k jádru. ℓ = 2 orbitální se nazývá orbitální d. Tyto orbity jsou podobné jako orbitální tvar, ale s více „okvětními lístky“, jako je jetel. Mohou mít také prstencové tvary kolem základny okvětních lístků. Nazývá se další orbitální ℓ = 3 orbitální. Tyto orbitaly mají sklon vypadat podobně jako orbitaly, ale s ještě více „okvětními lístky“. Vyšší hodnoty ℓ mají jména, která následují v abecedním pořadí.
Třetí kvantové číslo
Třetí kvantové číslo je magnetické kvantové číslo, m. Tato čísla byla poprvé objevena ve spektroskopii, když byly plynné prvky vystaveny magnetickému poli. Spektrální čára odpovídající konkrétní oběžné dráze by se rozdělila na více čar, když by se do plynu zavedlo magnetické pole. Počet dělených čar by měl souviset s úhlovým kvantovým číslem. Tento vztah ukazuje pro každou hodnotu ℓ odpovídající sadu hodnot m v rozsahu od -ℓ do ℓ. Toto číslo určuje orbitální orientaci v prostoru. Například, orbitály odpovídá ℓ = 1, může mít m hodnoty -1,0,1. To by představovalo tři různé orientace v prostoru pro dvojité plátky okružního tvaru. Obvykle jsou definovány jako pX, stry, strz reprezentovat osy, se kterými se vyrovná.
Čtvrté kvantové číslo
Čtvrté kvantové číslo je kvantová rotace číslo, s. Existují pouze dvě hodnoty pro s, + ½ a -½. Tito jsou také odkazoval se na jak 'točit nahoru' a 'točit dolů'. Toto číslo se používá k vysvětlení chování jednotlivých elektronů, jako by se točily ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Důležitou součástí orbitálů je skutečnost, že každá hodnota m má dva elektrony a potřeboval způsob, jak je od sebe odlišit.
Vztah kvantových čísel k elektronovým orbitálům
Tato čtyři čísla, n, ℓ, m, a s může být použit k popisu elektronu ve stabilním atomu. Kvantová čísla každého elektronu jsou jedinečná a nemohou být sdílena jiným elektronem v tomto atomu. Tato vlastnost se nazývá Princip vyloučení Pauliho. Stabilní atom má tolik elektronů jako protony. Pravidla, kterými se elektrony řídí, aby se orientovaly kolem svého atomu, jsou jednoduchá, jakmile jsou pochopena pravidla upravující kvantová čísla.
Pro shrnutí
- n mohou mít celé číslo: 1, 2, 3, ...
- Pro každou hodnotu n, ℓ může mít celočíselné hodnoty od 0 do (n-1)
- m může mít jakoukoli hodnotu celého čísla, včetně nuly, od -ℓ do + ℓ
- s může být buď + ½ nebo -½