Co to są liczby kwantowe?
Nazwa brzmi dość tajemniczo. Samo pojęcie też nie jest tak proste do zrozumienia. Na szczęście nie zamierzam Ci tłumaczyć podstaw chemii i fizyki kwantowej, która jest bardzo skomplikowana i po prostu pomijana w liceum.
.
Na początek zapamiętaj, że kwant energii, to jest po prostu najmniejsza możliwa porcja energii jaką można uzyskać.
.
Pamiętasz, jak zbudowany jest atom? Wokół jądra atomu krąży chmura elektronów. Poruszają się one z ogromnymi prędkościami, ale nie jest to ruch całkowicie przypadkowy.
.
Elektrony mają różną energię. Im dalej znajdują się od jądra, tym mają jej więcej.
Aby dowiedzieć się, czym są liczby kwantowe wyobraź sobie miasto zbudowanie na planie koła, w którego centrum znajduje się plac.
Dzielnice w tym mieście ułożone są w okręgi o coraz większych promieniach (na rysunku oznaczone są różnymi kolorami).
W obrębie każdej dzielnicy znajdują się ulice, a przy nich stoją domy.
.
To miasto jest jakby przekrojem atomu a liczby kwantowe można porównać do dokładnego adresu elektronu.
Powłoka elektronowa to dzielnica, w której elektron się znajduje. Numer powłoki (dzielnicy) określa n – główna liczna kwantowa. Przyjmuje ona wartości 1, 2, 3… itd.
.
W zapisie konfiguracji pełnej podajesz 1s2 2s2 2p6 itd. Duże cyfry stojące przed oznaczeniem podpowłoki to właśnie główna liczba kwantowa podanych elektronów.
.
.
Ulicę, przy której znajduje się elektron podaje nam poboczna liczba kwantowa l. Przyjmuje ona wartości 0, 1, 2, 3 … n-1. (Maksymalna liczba poboczna może przyjąć wartość o jeden mniejszą niż wynosiła liczba główna).
Ulicę, na której znajduje się elektron, to orbital w tej podpowłoce, w której jest elektron.
Jeśli l = 0 to elektron znajduje sie na podpowłoce s
1 – p
2 – d
3 – f
itd.
.
.
Każda podpowłoka składa się z orbitali. Każdy orbital to jeden dom znajdujący się przy konkretnej ulicy (na podpowłoce). Magnetyczna liczba kwantowa m określa, w którym domu znajduje się elektron (czyli na którym dokładnie orbitalu).
.
Podpowłoka s ma 1 orbital (obrital s)
podpowłoka p ma 3 orbitale (px, py, pz)
podpowłoka d ma 5 orbitali itd.
.
Magnetyczna liczba kwantowa m przyjmuje wartości: -l, …0 …, l
.
Jeśli elektron znajduje się na podpowłoce p, wówczas ma poboczną liczbę kwantową równą: l=1. Magnetyczna liczba kwantowa może przyjąć wartość -1, 0 lub 1, w zależności od tego, na którym orbitalu będzie elektron.
.
.
Na jednym orbitalu (w jednym domu) mogą się zmieścić maksymalnie dwa elektrony (każdy ma swój pokój 
). To, w którym konkretnie pokoju jest elektron określa magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Co ważne – nigdy oba elektrony nie spotkają się w tym samym pokoju! To oznaczałoby, że mają identyczną energię, co jest sprzeczne z Zakazem Pauliego i teorią budowy atomu.
). To, w którym konkretnie pokoju jest elektron określa magnetyczna spinowa liczba kwantowa. Co ważne – nigdy oba elektrony nie spotkają się w tym samym pokoju! To oznaczałoby, że mają identyczną energię, co jest sprzeczne z Zakazem Pauliego i teorią budowy atomu..
Magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms wynosi 1/2 lub -1/2. Nigdy dwa elektrony na tym samym orbitalu nie mogą mieć takiej liczby ms.
.
W praktyce: każdy elektron obraca się wokół własnej osi z dużą prędkością. Aby dwa elektrony mogły przebywać na jednym orbitalu – jeden z nich musi obracać się w kierunku przeciwnym do drugiego.
.
.
Spinowa liczba kwantowa spodaje wartość spinu – zawsze wynosi ona 1/2
.
.
Zapamiętaj zasadę:
Nigdy w jednym atomie nie mogą się znaleźć dwa elektrony, które mają takie same wszystkie liczby kwantowe! Zawsze muszą się różnić co najmniej jedną.
.
.
Przykład 1.
Określimy liczbę kwantową dla zaznaczonego elektronu walencyjnego w atomie glinu:
Konfiguracja pełna: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Konfiguracja graficzna:
n = 3 (bo elektron jest w 3 powłoce)
l = 1 (leży na podpowłoce p)
m = -1 (orbital px)
s = 1/2
ms = 1/2 (elektron skierowany w gorę określimy jako 1/2, zaś w dół -1/2)
.
.
.
Przykład 2:
Podaj liczby kwantowe dla zaznaczonego elektronu:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4
(na rysunku znajdują się tylko elektrony 4s2 3d10 4p4)
.
.
n = 3 (bo leży w powłoce 3 —> spójrz na konfigurację)
l = 2 (bo leży w podpowłoce d –> dokładnie 3d)
m = 0 (magnetyczna przyjmuje wartości: -2, 1. 0, 1, 2 a ten elektron leży pośrodku, czyli 0)
s = 1/2 (zawsze tyle samo)
ms = -1/2 (skierowany jest w dół, więc znak -)
[...] Liczby kwantowe [...]
Jesteś genialną nauczycielką. Szkoda, że nie mieszkam w Łodzi. Podwyższam wynik maturki z chemii w maju 2011r., a Twoja strona pomaga mi rozwiewać wszelkie wątpliwości. Pozdrawiam
Bardzo dobry material. Czy pojawi się coś jeszcze o liczbach kwantowych, czy to juz wszystko co jest na maturze?
Ta strona jest genialna .Miałam wątpliwości ponieważ znalazłam pare błędów w notatkach z lekcji , a teraz jest wszystko dla mnie jasne dzięki Pani .GENIALNIE
Pamiętaj jednak, że tu na stronie też pojawiają się czasem błędy, których nie zdążę wyłapać i poprawić, dlatego nie polecam wierzyć mi na 1000%. Warto wątpliwe informacje sprawdzać jeszcze w innych źródłach. W razie znalezienia jakiegoś błędu tu na stronie, będę bardzo wdzięczna w imieniu wszystkich użytkowników, za wskazanie, gdzie on jest
Jeśli chodzi o wskazanie błędu na tej stronie, to czy nie jest on w Przykadzie 2?
„(na rysunku znajdują się tylko elektrony 4s2 3d10 4p4)” podczas gdy w zapisie klatkowym mamy 4p6 zamiast 4p4. Pozdrawam
Wszystko jasne i proste, rozwiała Pani moje wątpliwości, bo musiałem sobie przypomnieć kwanty na kolosa. Wszystko jasne i faktycznie jest błąd w przykładzie drugim, bo podpowłoka 4p jest zapełniona, a jest napisane 4p4.
Pozdrawiam i dziękuje!
Rozumiałem liczby kwantowe pobieżnie, ale teraz doznałem oświecenia i rozumiem je jeszcze lepiej! Świetne „łopatologiczne” wyjaśnienie! Oby tak dalej
Pozdrawiam, moderator z ChemicalForum