Numeri quantistici in Chimica, sono gli insiemi di numeri che descrivono l'orbita e il movimento di un elettrone all'interno di un atomo. Quando i numeri quantici di tutti gli elettroni di un dato atomo vengono sommati, devono soddisfare la Equazione di Schròdinger .

I numeri quantici sono l'insieme di numeri usati per descrivere la posizione e l'energia di un elettrone in un atomo. Esistono quattro tipi di numeri quantici: principale, azimutale, magnetico e di spin. I numeri quantici rappresentano i valori delle quantità conservate di un sistema quantistico.

Impariamo a conoscere tutti i numeri quantici in dettaglio in questo articolo.

Tabella dei contenuti

• Cosa sono i numeri quantici?
• Tipi di numeri quantici
• Significato dei numeri quantici
• Orbitale atomico
• Altre leggi relative alla posizione e al percorso degli elettroni

Cosa sono i numeri quantici?

I numeri quantici sono l'insieme di valori costanti nell'approccio quantistico. Numeri quantici o Numeri quantici elettronici descrivono un elettrone con valori numerici che forniscono soluzioni all'equazione delle onde di Schrodinger per gli atomi di idrogeno. questi numeri possono definire la posizione, l'energia e l'orientamento di un elettrone in un atomo attraverso l'insieme di numeri.

hiba bukhari

Secondo il Principio di esclusione di Pauli , in un atomo non possono esserci due elettroni con lo stesso insieme di numeri quantici. Un semiintero o un valore intero viene utilizzato per caratterizzare ciascun numero quantico. I numeri quantici principali, azimutali e magnetici sono rispettivamente correlati alla dimensione, alla forma e all'orientamento dell'atomo.

Quattro numeri quantici possono essere utilizzati per descrivere completamente tutte le proprietà di un dato elettrone in un atomo; questi sono:

1. Numero quantico principale
2. Numero quantico del momento angolare orbitale (o numero quantico azimutale).
3. Numero quantico magnetico
4. Il numero quantico di spin dell'elettrone

Tipi di numeri quantici

Quattro numeri quantici vengono utilizzati per descrivere completamente tutte le caratteristiche di un elettrone in un atomo. Questi numeri quantici sono:

• Numero quantico principale (n)
• Numero quantico azimutale (l)
• Numero quantico magnetico (m_l)
• Numero quantico di spin dell'elettrone

Numero quantico principale (n)

Il simbolo “n” rappresenta i principali numeri quantici. Indicano il guscio elettronico primario dell’atomo. Poiché descrive la distanza più probabile tra il nucleo e gli elettroni, un valore maggiore del numero quantico principale implica una distanza maggiore tra l'elettrone e il nucleo (che, a sua volta, implica una maggiore dimensione atomica).

• Il valore del numero quantico principale può essere qualsiasi numero intero con un valore positivo uguale o maggiore di uno. Il valore n=1 denota il guscio elettronico più interno di un atomo, che corrisponde allo stato energetico più basso di un elettrone (o stato fondamentale).
• Di conseguenza, il numero quantico principale, n, non può avere un valore negativo o essere uguale a zero perché un atomo non può avere un valore negativo o nessun valore per un guscio principale.
• Quando un elettrone è infuso di energia (stato eccitato), l'elettrone salta da un livello principale a uno superiore, facendo aumentare il valore di n.
• Allo stesso modo, quando gli elettroni perdono energia, ritornano nei gusci inferiori, abbassando il valore di n. L'assorbimento si riferisce all'aumento del valore di n per un elettrone, enfatizzando i fotoni o l'energia assorbita dall'elettrone.
• Allo stesso modo, una diminuzione del valore di n per un elettrone viene definita emissione, ed è qui che gli elettroni emettono la loro energia.

Numero quantico azimutale (l) – Numero quantico del momento angolare orbitale

Il numero quantico azimutale (o momento angolare orbitale) descrive la forma di un orbitale. È rappresentato dalla lettera 'l' e il suo valore è uguale al numero totale di nodi angolari nell'orbitale.

• Un valore del numero quantico azimutale può denotare una sottozona s, p, d o f, le cui forme variano.
• Questo valore è determinato (e limitato da) dal valore del numero quantico principale, cioè il numero quantico azimutale è compreso tra 0 e (n-1).
• Ad esempio, se n = 3, il numero quantico azimutale può avere tre valori: 0, 1 e 2.
• Quando l è impostato su zero, la subshell risultante è una subshell 's'.
• Quando l=1 e l=2, le sottoshell risultanti sono rispettivamente le sottoshell 'p' e 'd'.
• Di conseguenza, quando n=3, le tre sottoshell che possono esistere sono 3s, 3p e 3d. In un altro caso in cui n = 5, i possibili valori di l sono 0, 1, 2, 3 e 4. Se l = 3, l'atomo contiene tre nodi angolari.

Numero quantico magnetico (m_l)

Il numero quantico magnetico determina il numero totale di orbitali in una sottozona e il loro orientamento. È rappresentato dal simbolo 'm_l.’ Questo numero rappresenta la proiezione del momento angolare dell’orbitale lungo un dato asse.

• Il numero quantico magnetico è determinato dal numero quantico azimutale (o momento angolare orbitale).
• Per un dato valore di l, il valore di m_lcade tra -l e +l. Di conseguenza, dipende indirettamente dal valore di n.
• Ad esempio, se n = 4 e l = 3 in un atomo, il numero quantico magnetico può essere -3, -2, -1, 0, +1, +2 e +3. Il numero totale di orbitali in una determinata subshell è determinato dal valore 'l' dell'orbitale.
• Si calcola utilizzando la formula (2l + 1). La sottozona “3d” (n=3, l=2), ad esempio, ha 5 orbitali (2*2 + 1). Ogni orbitale può contenere due elettroni. Di conseguenza, il subshell 3d può ospitare un totale di 10 elettroni.

Numero quantico di spin dell'elettrone

Il numero quantico di spin dell'elettrone è indipendente da n, l e m_lvalori. Il valore di questo numero, indicato con il simbolo m_S, indica la direzione in cui gira l'elettrone.

• Loro_Sil valore indica la direzione in cui ruota l'elettrone. Il numero quantico di spin dell'elettrone può avere valori compresi tra +1/2 e -1/2.
• Un valore positivo di m_Sdenota uno spin verso l'alto dell'elettrone, noto anche come spin up.
• Se m_Sè negativo, si dice che l'elettrone in questione ha uno spin verso il basso o uno spin verso il basso.
• Il valore del numero quantico di spin dell'elettrone determina se l'atomo in questione può generare o meno un campo magnetico. Il valore di m_Spuò essere generalizzato a ±½.

Significato dei numeri quantici

I numeri quantici sono significativi perché possono essere usati per stimare la configurazione elettronica di un atomo e dove è più probabile che si trovino i suoi elettroni. Anche il raggio atomico e l'energia di ionizzazione degli atomi, tra le altre proprietà, sono determinati dai numeri quantici.

Ogni numero quantico ha il suo significato che è descritto nella seguente tabella:

Orbitale atomico

Come sappiamo, gli elettroni si comportano come onde e la posizione dell'elettrone all'interno dell'atomo può essere facilmente definita con l'aiuto della teoria ondulatoria della meccanica quantistica risolvendo l'equazione d'onda di Schrödinger al livello energetico specifico di un atomo.

Queste funzioni d'onda che definiscono la posizione di un elettrone all'interno di un atomo sono chiamate orbitali atomici. Questi orbitali sono i luoghi che hanno la più alta probabilità di trovare l'elettrone. Ci sono quattro tipi di orbitali all'interno di un atomo

• s – orbitale
• p – orbitale
• d – orbitale
• f – orbitale

Gli orbitali atomici sono anche definiti come lo spazio fisico all'interno dell'atomo dove la probabilità di trovare l'elettrone è più alta.

Per saperne di più:

• Configurazione elettronica degli elementi
• Riempimento degli orbitali nell'atomo
• Forme degli orbitali atomici

Altre leggi relative alla posizione e al percorso degli elettroni

Altre tre regole e principi della chimica ci aiutano a comprendere la posizione, il percorso, le orbite e i livelli di energia degli elettroni in un atomo, questi sono discussi nelle sottosezioni successive:

come convertire una stringa in intero

Principio di struttura

Il principio di Aufbau, chiamato anche regola di Aufbau, afferma che gli elettroni entrano negli orbitali atomici a bassa energia prima di quelli a energia più alta. Aufbau in tedesco significa costruire.

NCERT Definizione del principio di struttura

Nello stato fondamentale degli atomi, gli orbitali sono riempiti in ordine crescente di energia.

IL Principio di costruzione ci aiuta a capire come si dispongono gli elettroni negli atomi o negli ioni. Ad esempio, la subshell 1s viene riempita prima della subshell 2s.

Ecco l'ordine in cui gli elettroni riempiono gli orbitali: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p e così via. Questo modello di riempimento si applica a ogni atomo.

Per esempio , utilizzando il principio Aufbau, il configurazione elettronica dello zolfo è scritto come [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Regola della massima molteplicità di Hund

La regola di Hund dice che ogni orbitale in un sottolivello riceve un elettrone prima che qualcuno di essi ne riceva un secondo. E tutti gli elettroni in questi orbitali occupati da un singolo hanno lo stesso spin.

NCERT Definizione della regola di Hund

L'accoppiamento degli elettroni negli orbitali appartenenti allo stesso sottolivello (p, d o f) non avviene finché ciascun orbitale appartenente a quel sottolivello non ha un elettrone ciascuno, cioè è occupato singolarmente.

La regola di Hund, detta anche regola della molteplicità massima, può far sì che gli atomi abbiano più elettroni spaiati. Questi elettroni spaiati possono ruotare in direzioni diverse, creando momenti magnetici in varie direzioni.

La regola di Hund si applica a determinate molecole che hanno elettroni spaiati.

Principio di esclusione di Pauli

Il principio di esclusione di Pauli afferma che due particelle identiche con spin semiintero non possono trovarsi nello stesso stato quantistico all’interno di un sistema.

NCERT Definizione del principio di esclusione di Pauli

Non esistono due elettroni in un atomo che possano avere lo stesso insieme di quattro numeri quantici.

O

Nello stesso orbitale possono esistere solo due elettroni e questi elettroni devono avere spin opposto.

In chimica, il Principio di esclusione di Pauli ci dice che all'interno dello stesso atomo, due elettroni non possono avere tutti e quattro i numeri quantici identici. Ciò significa che al massimo due elettroni possono occupare lo stesso orbitale e devono avere spin opposti.

Il principio di esclusione di Pauli pone dei limiti al numero di elettroni che possono trovarsi in un livello o in un sottolivello.

Domande risolte sui numeri quantici

Domande 1: Trova tutti e quattro i numeri quantici dell'ultimo elettrone del Rubidio.

Soluzione:

Il rubidio ha il numero atomico Z = 37.

Configurazione elettronica del rubidio,

1 secondo²2s²2p⁶3s²3 p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹

L'elettrone dell'ultimo guscio di valenza è 5s¹

Perciò,

Numero quantico principale, n = 5,

Numero quantico azimutale, l = 0,

Numero quantico magnetico, m_l= 0,

Numero quantico di spin, s = +1/2

Domande 2: Indica i possibili valori del numero quantico magnetico per l = 2.

Soluzione:

Detto questo, il numero quantico azimutale, l = 2

Lo sappiamo,

nazionalità di pete davidson

M_l= – l a + l

Perciò,

M_l= da -2 a +2

i.e.

M₂= -2, -1, 0, +1, +2

Domande 3: Trova tutti e quattro i numeri quantici dell'ultimo elettrone del sodio.

Soluzione:

Il sodio ha il numero atomico Z = 11.

Configurazione elettronica del rubidio,

1 secondo²2s²2p⁶3s¹

L'ultimo elettrone del guscio di valenza è 3s¹

Perciò,

Numero quantico principale, n = 3,

Numero quantico azimutale, l = 0,

Numero quantico magnetico, m_l= 0,

mappa hash Java

Numero quantico di spin, s = +1/2

Domande 4: Indica i possibili valori del numero quantico magnetico per l = 3.

Soluzione:

Detto questo, il numero quantico azimutale, l = 3

Lo sappiamo,

per l = 3,

M_l= – 3 a + 3

i.e.

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

Problemi pratici con MCQ sui numeri quantici

Per saperne di più sulla pratica dei numeri quantistici MCQ sui numeri quantitativi

Domande frequenti sui numeri quantici

Definire i numeri quantistici.

L'insieme di numeri utilizzati per definire la posizione e l'energia del numero di elettroni in un atomo sono chiamati numeri quantici.

Quanti numeri quantici ci sono?

I quattro numeri quantici sono:

• Numero quantico principale (n)
• Numero quantico azimutale (l)
• Numero quantico magnetico (m_l)
• Numero quantico di spin dell'elettrone

Quale numero quantico specifica la forma di un orbitale?

Il numero quantico azimutale (l) chiamato anche numero quantico angolare definisce la forma dell'orbitale.

Quale numero quantico determina l'orientamento dell'orbitale?

Numero quantico magnetico (m_l) viene utilizzato per rappresentare l'orientamento dell'orbitale nello spazio tridimensionale.

Quanti numeri quantici sono necessari per specificare un orbitale?

Per specificare l’orbitale di un atomo sono necessari tre numeri quantici che sono:

• Numero quantico principale (n)
• Numero quantico azimutale (l)
• Numero quantico magnetico (m_l)

Quale numero quantico determina l'energia dell'elettrone?

L'energia dell'elettrone può essere facilmente determinata utilizzando il numero quantico principale (n) e il numero quantico azimutale (l) di un elettrone.

Cos'è l'energia quantistica?

L’energia delle particelle quantistiche (cioè particelle molto, molto piccole) è chiamata energia quantistica. Un modo per misurare l'energia quantistica è utilizzare il fotone, che è l'unità più piccola per misurare l'energia luminosa e l'energia di altre onde elettromagnetiche.

Cos'è lo spin di un elettrone?

Lo spin elettronico è una proprietà quantistica degli elettroni. È una forma dotata di momento angolare. Come tecnica di insegnamento, gli istruttori confrontano lo spin dell'elettrone con quello del pianeta che ruota sul proprio asse ogni 24 ore. Lo spin-up avviene quando l'elettrone ruota in senso orario sul proprio asse; lo spin-down avviene quando l'elettrone ruota in senso antiorario.

Qual è il principio di costruzione?

Principio di costruzione è un concetto chimico che spiega come gli elettroni riempiono gli orbitali atomici in un atomo. Secondo questo principio, gli elettroni occupano gli orbitali a più bassa energia disponibile prima di spostarsi in quelli a più alta energia.

Qual è la classe 11 delle regole di Hund?

La regola di Hund, spesso discussa nella classe 11 di chimica, afferma che gli elettroni occuperanno orbitali dello stesso livello energetico (sottolivello) singolarmente prima di accoppiarsi. Inoltre, gli elettroni negli orbitali occupati singolarmente avranno spin paralleli.

Cos'è la forma completa di SPDF?

SPDF sta per i quattro sottolivelli o orbitali in un atomo: s, p, d e f. Queste lettere rappresentano diverse forme e orientamenti degli orbitali atomici in cui è probabile che si trovino gli elettroni.

• S: Forte
• D: Principale
• D: diffuso
• F: fondamentale

Perché il quanto si chiama quantistico?

Il termine quantum deriva dalla parola latina che significa Quanto O quantità . In fisica si riferisce alle unità discrete e indivisibili in cui determinate quantità fisiche, come l'energia e la quantità di moto, sono quantizzate secondo la teoria quantistica. Queste unità discrete sono fondamentali per comprendere il comportamento delle particelle a livello atomico e subatomico. Pertanto, il campo della fisica quantistica prende il nome dal concetto di quantizzazione.