Kwantumgetallen in de scheikunde zijn de reeksen getallen die de baan en beweging van een elektron binnen een atoom beschrijven. Wanneer de kwantumgetallen van alle elektronen in een bepaald atoom bij elkaar worden opgeteld, moeten ze voldoen aan de Schrödingervergelijking .

Kwantumgetallen zijn de reeks getallen die worden gebruikt om de positie en energie van een elektron in een atoom te beschrijven. Er zijn vier soorten kwantumgetallen: hoofdgetal, azimutaal, magnetisch en spin. Kwantumgetallen vertegenwoordigen de waarden van de geconserveerde grootheden van een kwantumsysteem.

Laten we in dit artikel alle kwantumgetallen in detail leren kennen.

Inhoudsopgave

• Wat zijn kwantumgetallen?
• Soorten kwantumgetallen
• Betekenis van kwantumgetallen
• Atomaire orbitaal
• Andere wetten met betrekking tot de positie en het pad van elektronen

Wat zijn kwantumgetallen?

Kwantumgetallen zijn de reeks constante waarden in de kwantumbenadering. Kwantumgetallen of Elektronische kwantumgetallen een elektron beschrijven met numerieke waarden die oplossingen bieden voor de Schrodinger-golfvergelijking voor waterstofatomen. Deze getallen kunnen de positie, energie en oriëntatie van een elektron in een atoom definiëren via de reeks getallen.

Java genereert een willekeurig getal

Volgens de Pauli-uitsluitingsprincipe , mogen geen twee elektronen in een atoom dezelfde reeks kwantumgetallen hebben. Een halfgetal of geheel getal wordt gebruikt om elk kwantumgetal te karakteriseren. De hoofd-, azimutale en magnetische kwantumgetallen zijn respectievelijk gerelateerd aan de grootte, vorm en oriëntatie van het atoom.

Vier kwantumgetallen kunnen worden gebruikt om alle eigenschappen van een bepaald elektron in een atoom volledig te beschrijven; dit zijn:

1. Hoofdkwantumnummer
2. Orbitaal impulsmoment-kwantumgetal (of azimutaal kwantumgetal).
3. Magnetisch kwantumgetal
4. Het elektronenspin-kwantumgetal

Soorten kwantumgetallen

Vier kwantumgetallen worden gebruikt om alle kenmerken van een elektron in een atoom volledig te beschrijven. Deze kwantumgetallen zijn:

• Hoofdkwantumgetal (n)
• Azimutaal kwantumgetal (l)
• Magnetisch kwantumgetal (m_l)
• Elektronenspin-kwantumnummer (s)

Hoofdkwantumgetal (n)

Het symbool ‘n’ vertegenwoordigt de belangrijkste kwantumgetallen. Ze duiden de primaire elektronenschil van het atoom aan. Omdat het de meest waarschijnlijke afstand tussen de kern en de elektronen beschrijft, impliceert een grotere waarde van het hoofdkwantumgetal een grotere afstand tussen het elektron en de kern (wat op zijn beurt een grotere atomaire omvang impliceert).

• De waarde van het hoofdkwantumgetal kan elk geheel getal zijn met een positieve waarde gelijk aan of groter dan één. De waarde n=1 geeft de binnenste elektronenschil van een atoom aan, die overeenkomt met de laagste energietoestand (of grondtoestand) van een elektron.
• Als gevolg hiervan kan het hoofdkwantumgetal, n, geen negatieve waarde hebben of gelijk zijn aan nul, omdat een atoom geen negatieve waarde of geen waarde kan hebben voor een hoofdschil.
• Wanneer een elektron wordt doordrenkt met energie (aangeslagen toestand), springt het elektron van de ene hoofdschil naar een hogere schil, waardoor de waarde van n toeneemt.
• Op dezelfde manier keren elektronen, wanneer ze energie verliezen, terug naar lagere schillen, waardoor de waarde van n daalt. Absorptie verwijst naar de toename van de waarde van n voor een elektron, waarbij de nadruk wordt gelegd op de fotonen of energie die door het elektron worden geabsorbeerd.
• Op dezelfde manier wordt een afname van de waarde van n voor een elektron emissie genoemd, en dit is waar de elektronen hun energie uitstralen.

Azimutaal kwantumgetal (l) - Orbitaal hoekmomentumkwantumgetal

Het azimutale kwantumgetal (of orbitaal impulsmoment) beschrijft de vorm van een orbitaal. Het wordt weergegeven door de letter ‘l’ en de waarde ervan is gelijk aan het totale aantal hoekige knooppunten in de orbitaal.

• Een waarde van het azimutale kwantumgetal kan een s-, p-, d- of f-subshell aanduiden, waarvan de vormen variëren.
• Deze waarde wordt bepaald door (en beperkt door) de waarde van het hoofdkwantumgetal, dat wil zeggen dat het azimutale kwantumgetal tussen 0 en (n-1) ligt.
• Als n = 3 bijvoorbeeld, kan het azimutale kwantumgetal drie waarden hebben: 0, 1 en 2.
• Wanneer l op nul is ingesteld, is de resulterende subshell een ‘s’-subshell.
• Wanneer l=1 en l=2, zijn de resulterende subshells respectievelijk ‘p’- en ‘d’-subshells.
• Als gevolg hiervan zijn, wanneer n = 3, de drie subshells die kunnen bestaan ​​3s, 3p en 3d. In een ander geval waarin n = 5 zijn de mogelijke waarden van l 0, 1, 2, 3 en 4. Als l = 3 bevat het atoom drie hoekknopen.

Magnetisch kwantumgetal (m_l)

Het magnetische kwantumgetal bepaalt het totale aantal orbitalen in een subshell, evenals hun oriëntatie. Het wordt weergegeven door het symbool ‘m_l.’ Dit getal vertegenwoordigt de projectie van het impulsmoment van de orbitaal langs een bepaalde as.

• Het magnetische kwantumgetal wordt bepaald door het azimutale (of orbitale impulsmoment) kwantumgetal.
• Voor een gegeven waarde van l, de waarde van m_lligt tussen -l en +l. Als gevolg hiervan is het indirect afhankelijk van de waarde van n.
• Als n = 4 en l = 3 in een atoom bijvoorbeeld, kan het magnetische kwantumgetal -3, -2, -1, 0, +1, +2 en +3 zijn. Het totale aantal orbitalen in een bepaalde subshell wordt bepaald door de ‘l’-waarde van de orbitaal.
• Het wordt berekend met behulp van de formule (2l + 1). De ‘3d’ subshell (n=3, l=2) heeft bijvoorbeeld 5 orbitalen (2*2 + 1). Elke orbitaal kan twee elektronen bevatten. Als gevolg hiervan kan de 3D-subshell in totaal 10 elektronen bevatten.

Elektronenspin-kwantumnummer (s)

Het kwantumgetal van de elektronenspin is onafhankelijk van n, l en m_lwaarden. De waarde van dit getal, aangegeven met het symbool m_S, geeft de richting aan waarin het elektron draait.

• Hen_Swaarde geeft de richting aan waarin het elektron draait. Het kwantumgetal van de elektronenspin kan waarden hebben tussen +1/2 en -1/2.
• Een positieve waarde van m_Sduidt een opwaartse spin van het elektron aan, ook wel spin-up genoemd.
• Als m_Snegatief is, zou het elektron in kwestie een neerwaartse spin of spin-down hebben.
• De waarde van het elektronenspin-kwantumgetal bepaalt of het atoom in kwestie al dan niet een magnetisch veld kan genereren. De waarde van m_Skan worden gegeneraliseerd naar ±½.

Betekenis van kwantumgetallen

Kwantumgetallen zijn belangrijk omdat ze kunnen worden gebruikt om de elektronenconfiguratie van een atoom te schatten en waar de elektronen zich het meest waarschijnlijk bevinden. De atoomstraal en ionisatie-energie van atomen worden onder andere ook bepaald door kwantumgetallen.

Elk kwantumgetal heeft zijn eigen betekenis, die in de volgende tabel wordt beschreven:

Atomaire orbitaal

Zoals we weten, gedragen elektronen zich als golven en kan de positie van het elektron in het atoom eenvoudig worden gedefinieerd met behulp van de golftheorie van de kwantummechanica door de Schrodinger-golfvergelijking op te lossen op het specifieke energieniveau van een atoom.

Deze golffuncties die de positie van een elektron in een atoom bepalen, worden atomaire orbitalen genoemd. Deze orbitalen zijn de plaatsen met de grootste kans om het elektron te vinden. Er zijn vier soorten orbitalen in een atoom

• s – orbitaal
• p – orbitaal
• d – orbitaal
• f – orbitaal

Atoomorbitalen worden ook gedefinieerd als de fysieke ruimte binnen het atoom waar de kans op het vinden van het elektron het grootst is.

Lees verder:

• Elektronische configuratie van elementen
• Vullen van orbitalen in atoom
• Vormen van atomaire orbitalen

Andere wetten met betrekking tot de positie en het pad van elektronen

Drie andere regels en principes in de scheikunde helpen ons de positie, het pad, de banen en de energieniveaus van elektronen in een atoom te begrijpen. Deze worden in de volgende subsecties besproken:

Structuurprincipe

Het Aufbau-principe, ook wel de Aufbau-regel genoemd, zegt dat elektronen eerst naar atomaire orbitalen met lagere energie gaan, voordat ze naar hogere energie-orbitalen gaan. Aufbau betekent opbouwen in het Duits.

NCERT-definitie van structuurprincipe

In de grondtoestand van de atomen worden de orbitalen gevuld in volgorde van hun toenemende energie.

De Constructieprincipe helpt ons erachter te komen hoe elektronen zichzelf in atomen of ionen rangschikken. De 1s-subshell wordt bijvoorbeeld opgevuld vóór de 2s-subshell.

Dit is de volgorde waarin elektronen de orbitalen vullen: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p en enzovoort. Dit vulpatroon geldt voor elk atoom.

Voor voorbeeld , met behulp van het Aufbau-principe, de elektronische configuratie van zwavel is geschreven als [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hund's regel van maximale multipliciteit

De regel van Hund zegt dat elke orbitaal op een subniveau één elektron krijgt voordat een van hen een tweede krijgt. En alle elektronen in deze enkelbezette orbitalen hebben dezelfde spin.

NCERT-definitie van de regel van Hund

Het paren van elektronen in de orbitalen die tot dezelfde subshell behoren (p, d of f) vindt niet plaats totdat elke orbitaal die tot die subshell behoort, elk één elektron heeft, dat wil zeggen dat deze afzonderlijk bezet is.

De regel van Hund, ook wel de maximale multipliciteitsregel genoemd, kan ertoe leiden dat atomen meerdere ongepaarde elektronen hebben. Deze ongepaarde elektronen kunnen in verschillende richtingen draaien, waardoor magnetische momenten in verschillende richtingen ontstaan.

De regel van Hund is van toepassing op bepaalde moleculen die ongepaarde elektronen hebben.

Pauli-uitsluitingsprincipe

Het uitsluitingsprincipe van Pauli zegt dat twee identieke deeltjes met halfgehele spins zich binnen een systeem niet in dezelfde kwantumtoestand kunnen bevinden.

NCERT-definitie van het uitsluitingsprincipe van Pauli

Geen twee elektronen in een atoom kunnen dezelfde set van vier kwantumgetallen hebben.

OF

Er mogen slechts twee elektronen in dezelfde orbitaal voorkomen en deze elektronen moeten een tegengestelde spin hebben.

In de scheikunde is de Pauli-uitsluitingsprincipe vertelt ons dat binnen hetzelfde atoom geen twee elektronen alle vier hun kwantumgetallen identiek kunnen hebben. Dit betekent dat maximaal twee elektronen dezelfde orbitaal kunnen bezetten en dat ze tegengestelde spins moeten hebben.

Het uitsluitingsprincipe van Pauli stelt grenzen aan het aantal elektronen dat zich in een schil of een subschil kan bevinden.

Opgeloste vragen over kwantumgetallen

Vragen 1: Vind alle vier de kwantumgetallen van het laatste elektron van het Rubidium.

Oplossing:

Rubidium heeft het atoomnummer Z = 37.

Elektronische configuratie van Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

Valentie laatste schilelektron is 5s¹

Daarom,

Hoofdkwantumgetal, n = 5,

Azimutaal kwantumgetal, l = 0,

Magnetisch kwantumgetal, m_l= 0,

Spinkwantumgetal, s = +1/2

Vraag 2: Geef de mogelijke waarden van het magnetische kwantumgetal voor l = 2.

Oplossing:

Gegeven dat het azimutale kwantumgetal l = 2

We weten dat,

M_l= – l tot + l

Daarom,

M_l= -2 tot +2

d.w.z.

M₂= -2, -1, 0, +1, +2

Vragen 3: Vind alle vier de kwantumgetallen van het laatste elektron van het natrium.

Oplossing:

Natrium heeft het atoomnummer Z = 11.

substring_index in sql

Elektronische configuratie van Rubidium,

1s²2s²2p⁶3s¹

Valentieschil laatste elektron is 3s¹

Daarom,

Hoofdkwantumgetal, n = 3,

Azimutaal kwantumgetal, l = 0,

Magnetisch kwantumgetal, m_l= 0,

0,2 als breuk

Spinkwantumgetal, s = +1/2

Vraag 4: Geef de mogelijke waarden van het magnetische kwantumgetal voor l = 3.

Oplossing:

Gegeven dat het azimutale kwantumgetal l = 3

We weten dat,

voor l = 3,

M_l= – 3 tot + 3

d.w.z.

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Kwantumgetallen MCQ's Oefenproblemen

Voor meer informatie over de praktijk van kwantumgetallen MCQ's over kwantitatieve getallen

Veelgestelde vragen over kwantumgetallen

Kwantumgetallen definiëren.

De reeks getallen die worden gebruikt om de positie en energie van het aantal elektronen in een atoom te definiëren, worden kwantumgetallen genoemd.

Hoeveel kwantumgetallen zijn er?

De vier kwantumgetallen zijn:

• Hoofdkwantumgetal (n)
• Azimutaal kwantumgetal (l)
• Magnetisch kwantumgetal (m_l)
• Elektronenspin-kwantumnummer (s)

Welk kwantumgetal specificeert de vorm van een orbitaal?

Azimutaal kwantumgetal (l), ook wel hoekkwantumgetal genoemd, definieert de vorm van de orbitaal.

Welk kwantumgetal bepaalt de oriëntatie van de orbitaal?

Magnetisch kwantumgetal (m_l) wordt gebruikt om de oriëntatie van de orbitaal in de driedimensionale ruimte weer te geven.

Hoeveel kwantumgetallen zijn er nodig om een ​​orbitaal te specificeren?

Er zijn drie kwantumgetallen nodig om de orbitaal van een atoom te specificeren, namelijk:

• Hoofdkwantumgetal (n)
• Azimutaal kwantumgetal (l)
• Magnetisch kwantumgetal (m_l)

Welk kwantumgetal bepaalt de energie van het elektron?

De energie van het elektron kan eenvoudig worden bepaald door gebruik te maken van het hoofdkwantumgetal (n) en het azimutale kwantumgetal (l) van een elektron.

Wat is kwantumenergie?

De energie van kwantumdeeltjes (dat wil zeggen heel erg kleine deeltjes) wordt kwantumenergie genoemd. Eén manier om kwantumenergie te meten is het gebruik van Photon, de kleinste eenheid om lichtenergie en energie van andere elektromagnetische golven te meten.

Wat is spin van een elektron?

Elektronenspin is een kwantumeigenschap van elektronen. Het is een vorm met impulsmoment. Als lestechniek vergelijken instructeurs elektronenspin met de planeet die elke 24 uur om zijn eigen as draait. Spin-up vindt plaats wanneer het elektron met de klok mee om zijn as draait; spin-down vindt plaats wanneer het elektron tegen de klok in draait.

Wat is constructieprincipe?

Constructieprincipe is een concept in de scheikunde dat verklaart hoe elektronen atomaire orbitalen in een atoom vullen. Volgens dit principe bezetten elektronen de beschikbare orbitalen met de laagste energie voordat ze naar de orbitalen met hogere energie gaan.

Wat is Hund’s regelklasse 11?

De regel van Hund, vaak besproken in klasse 11-chemie, stelt dat elektronen orbitalen met hetzelfde energieniveau (subshell) afzonderlijk zullen bezetten voordat ze zich paren. Bovendien zullen elektronen in afzonderlijk bezette orbitalen parallelle spins hebben.

Wat is Fullform van SPDF?

SPDF staat voor de vier subniveaus of orbitalen in een atoom: s, p, d en f. Deze letters vertegenwoordigen verschillende vormen en oriëntaties van atomaire orbitalen waar waarschijnlijk elektronen worden aangetroffen.

• S: scherp
• Vraag: Belangrijkste
• D: diffuus
• F: fundamenteel

Waarom wordt kwantum kwantum genoemd?

De term quantum komt van het Latijnse woord betekenis hoe veel of hoeveelheid . In de natuurkunde verwijst het naar de discrete en ondeelbare eenheden waarin bepaalde fysieke grootheden, zoals energie en momentum, worden gekwantiseerd volgens de kwantumtheorie. Deze discrete eenheden zijn van fundamenteel belang voor het begrijpen van het gedrag van deeltjes op atomair en subatomair niveau. Daarom is het vakgebied van de kwantumfysica vernoemd naar het concept van kwantisering.