क्वांटम संख्या: एस, पी, डी और एफ ऑर्बिटल्स और कोणीय गति

परमाणु एक नाभिक से बने होते हैं, जो न्यूट्रॉन और प्रोटॉन से बने होते हैं, और इलेक्ट्रॉन जो नाभिक की परिक्रमा करते हैं । प्रक्षेपवक्र जो इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करते हैं, परमाणु के अंतरिक्ष में वे स्थान जिनके माध्यम से वे चलते हैं, रासायनिक प्रतिक्रियाओं में और उनके द्वारा बनाई गई परमाणु और आणविक संरचनाओं में एक मूलभूत पहलू का गठन करते हैं। परमाणुओं के अंतरिक्ष में वे स्थान जहाँ इलेक्ट्रॉन यात्रा करते हैं, कक्षाएँ हैं । सबसे सरल कक्षीय वह एकमात्र इलेक्ट्रॉन है जो हाइड्रोजन परमाणु के पास है, जो गोलाकार है। लेकिन चूंकि तत्वों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या अधिक होती है, यूरेनियम के मामले तक पहुंचने तक, जिसके माध्यम से वे चलते हैं, ऑर्बिटल्स तेजी से जटिल होते हैं, जिसमें 92 इलेक्ट्रॉन होते हैं, और जो इलेक्ट्रॉनों की सबसे बड़ी संख्या वाला प्राकृतिक तत्व है।

क्वांटम यांत्रिकी और परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन

ऑर्बिटल्स के आकार के साथ-साथ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के अन्य गुणों को क्वांटम यांत्रिकी द्वारा वर्णित किया गया है, जो यह स्थापित करता है कि ऊर्जा और स्थिति जैसे भौतिक मापदंडों के निश्चित मूल्य हैं; शास्त्रीय यांत्रिकी के रूप में वे निरंतर पैरामीटर नहीं हैं, जहां उनका कोई मूल्य हो सकता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा, उन स्थानों की तरह जिनके माध्यम से वे परमाणुओं के स्थान में पारगमन करते हैं, केवल परिभाषित मान हो सकते हैं।

एक परमाणु के नाभिक की परिक्रमा करने वाले एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा और स्थिति को एक गणितीय कार्य द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे वेव फ़ंक्शन कहा जाता है , जो श्रोडिंगर समीकरण का एक समाधान है । यह फ़ंक्शन इस संभावना को दर्शाता है कि इलेक्ट्रॉन एक निश्चित समय पर एक निश्चित स्थिति में हो सकता है। और अब हम संभाव्यता के बारे में बात कर रहे हैं क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी यह भी स्थापित करती है कि इलेक्ट्रॉन जैसे कण के ठीक दो भौतिक मापदंडों को निर्धारित करना संभव नहीं है , जैसे कि ऊर्जा और समय, या स्थिति और संवेग (आंदोलन की मात्रा: इसके द्रव्यमान का गुणनफल) इसके वेग का गुना) कण का।

क्वांटम संख्याएं

वह फलन जो इस संभाव्यता का प्रतिनिधित्व करता है कि इलेक्ट्रॉन एक निश्चित समय पर एक निश्चित स्थिति में हो सकता है, चार कार्यों का उत्पाद है: तीन इलेक्ट्रॉन की स्थिति से जुड़े हैं (एक परमाणु के नाभिक से दूरी पर निर्भर है और अन्य दो इसके कोणीय निर्देशांक पर निर्भर) और बाकी इलेक्ट्रॉन के रोटेशन से जुड़े हैं। इन कार्यों में वे शामिल हैं जिन्हें क्वांटम संख्या कहा जाता है , जो चार हैं:

• प्रिंसिपल क्वांटम नंबर एन , इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा से जुड़ा हुआ है और सकारात्मक पूर्णांक मान रखता है।
• इलेक्ट्रॉन के कोणीय संवेग (कोणीय संवेग: इसके द्रव्यमान गुणन इसकी घूर्णन गति का गुणनफल) से संबद्ध अज़ीमुथल क्वांटम संख्या l, जिसे अक्षरों में व्यक्त किया जाता है ; एल के लिए एस = 0; पी के लिए एल =1, डी के लिए एल =2, एफ के लिए एल =3। अक्षरों के साथ संख्या l के नामकरण की उत्पत्ति क्षार धातुओं के स्पेक्ट्रा के अध्ययन में हुई है, जिसमें वर्णक्रमीय रेखाओं को अंग्रेजी में उनके नाम से तेज (अच्छी तरह से परिभाषित , s ), प्रिंसिपल (मुख्य, मुख्य) में समूहीकृत किया गया था।पी ), फैलाना (फैलाना, डी ) और मौलिक (बुनियादी, एफ )।
• तीसरा क्वांटम संख्या चुंबकीय एम या एमएल है जो इलेक्ट्रॉन के कोणीय गति के उन्मुखीकरण से _{जुड़ा है} । इस क्वांटम संख्या की भिन्नता उत्पन्न करती है, उदाहरण के लिए, तत्वों के पांच लोबार वितरण जिनमें 3 डी ऑर्बिटल्स चित्र में दिखाए गए हैं। इलेक्ट्रॉनों का यह वितरण बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह उन तत्वों से मेल खाता है जो हमारे दैनिक जीवन में मौजूद विभिन्न सामग्रियों को बनाते हैं, संक्रमण धातु क्रोमियम, कोबाल्ट, तांबा, लोहा, निकल, मैंगनीज, स्कैंडियम, टाइटेनियम और वैनेडियम। एस स्तरों के मामले में , चुंबकीय क्वांटम संख्या एम _एलकेवल गोलाकार कक्षकों की अनुमति देता है (चित्र देखें); p स्तरों में यह तीन प्रकार के कक्षकों की अनुमति देता है और f में यह 7 प्रकार के कक्षकों की अनुमति देता है।

चौथी क्वांटम संख्या m _s है , इलेक्ट्रॉन का चक्रण, जो इसके घूर्णन से जुड़ा है।

परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना

प्रत्येक तत्व के इलेक्ट्रॉनों की संरचना क्वांटम संख्याओं की प्रगति के बाद गठित की जाती है, जो उन स्थितियों पर निर्भर करती है जो प्रत्येक में शामिल होती हैं। प्रगति इस प्रकार है (पूर्णांक प्रमुख क्वांटम संख्या n है और अक्षर अज़ीमुथल क्वांटम संख्या l है ):

1 एस , 2 एस , 2 पी , 3 एस , 3 पी , 4 एस , 3 डी , 4 पी , 5 एस , 4 डी , 5 पी , 6 एस, 4 एफ , 5 डी , 6 पी , 7 एस , 5 एफ

इसके अलावा, यह माना जाना चाहिए कि प्रत्येक कक्षीय में विपरीत स्पिन वाले दो इलेक्ट्रॉन तक हो सकते हैं , इसलिए s स्तरों में अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं; पी स्तर _, जिसमें चुंबकीय क्वांटम संख्या एमएल द्वारा अनुमत 3 ऑर्बिटल्स हैं , में 6 इलेक्ट्रॉन तक हो सकते हैं; d गोले , जिनमें 5 अनुमत कक्षक हैं (आकृति देखें), 10 इलेक्ट्रॉनों तक पकड़ सकते हैं, और f गोले , जिनमें 7 अनुमत कक्षक हैं, 14 इलेक्ट्रॉनों तक पकड़ सकते हैं।

इस कसौटी के बाद, हाइड्रोजन (एच), जिसमें केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, में 1 एस ¹ संरचना होगी , जहां सुपरस्क्रिप्ट 1 इंगित करता है कि 1 एस कक्षीय में केवल एक इलेक्ट्रॉन है । हीलियम (He), दो इलेक्ट्रॉनों के साथ, एक 1 s ^{2 संरचना (} s कक्षीय में दो इलेक्ट्रॉन ) होगी। लिथियम (ली), तीन इलेक्ट्रॉनों के साथ, एक इलेक्ट्रॉनिक संरचना 1 एस ² 2 एस ¹ होगी । और इसी तरह। आयरन (Fe), उदाहरण के लिए, जिसमें 26 इलेक्ट्रॉन हैं, एक इलेक्ट्रॉनिक संरचना होगी 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p⁶ 3 डी ⁶ 4 एस ² ; लोहे के 26 इलेक्ट्रॉनों में से प्रत्येक इस इलेक्ट्रॉनिक संरचना द्वारा स्थापित कक्षाओं के माध्यम से पारगमन करता है।

टिप्पणी

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यद्यपि कक्षीय शब्द “कक्षा” की अवधारणा का सुझाव देता है, वास्तव में इलेक्ट्रॉन, और प्रारंभिक परमाणु मॉडल के बावजूद, नाभिक बनाने वाली कक्षाओं के चारों ओर नहीं घूमते हैं, बल्कि एक कक्षीय से दूसरे कक्ष में “पारगमन” करते हैं। , जब परमाणु में एक से अधिक होते हैं, या तो वे परमाणु के एकमात्र कक्षीय (हाइड्रोजन और हीलियम के मामले में) में रहते हैं, या वे परमाणुओं द्वारा साझा किए गए कक्षीय कक्ष में जाते हैं जो एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन बनाते हैं।

सूत्रों का कहना है

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