Tabla de Contenidos
Atomer er bygd opp av en kjerne, bygd opp av nøytroner og protoner, og elektroner som går i bane rundt kjernen . Banene som elektronene beskriver, stedene i atomets rom som de beveger seg gjennom, utgjør et grunnleggende aspekt i kjemiske reaksjoner og i atom- og molekylstrukturene de utgjør. Stedene i atomenes rom hvor elektronene beveger seg er orbitalene . Den enkleste orbitalen er den til det eneste elektronet som hydrogenatomet har, som er sfærisk. Men ettersom grunnstoffene har et større antall elektroner, blir orbitalene de beveger seg gjennom stadig mer komplekse, inntil de når tilfellet med uran, som har 92 elektroner, og som er det naturlige grunnstoffet med det største antallet elektroner.
Kvantemekanikk og elektroner i atomer
Formen på orbitalene samt andre egenskaper til atomenes elektroner er beskrevet av kvantemekanikk, som slår fast at fysiske parametere som energi og posisjon har bestemte verdier; de er ikke kontinuerlige parametere som i klassisk mekanikk, hvor de kan ha hvilken som helst verdi. Derfor kan energien til elektronene, i likhet med stedene de passerer gjennom i atomenes rom, bare ha definerte verdier.
Energien og posisjonen til et elektron som går i bane rundt kjernen til et atom er beskrevet av en matematisk funksjon kalt bølgefunksjonen , som er en løsning av Schrödinger-ligningen . Denne funksjonen representerer sannsynligheten for at elektronet kan være i en bestemt posisjon i et bestemt øyeblikk. Og nå snakker vi om sannsynlighet fordi kvantemekanikk også fastslår at det ikke er mulig å bestemme nøyaktig to fysiske parametere for en partikkel som elektronet , som energi og tid, eller posisjon og momentum (mengde bevegelse: produktet av massen dens). ganger dens hastighet) til partikkelen.
kvantetall
Funksjonen som representerer sannsynligheten for at elektronet kan være i en bestemt posisjon på et bestemt tidspunkt er produktet av fire funksjoner: tre assosiert med elektronets posisjon (en avhengig av avstanden fra atomkjernen og de to andre avhengig av dens vinkelkoordinater) og resten assosiert med rotasjonen av elektronet. Disse funksjonene inkluderer det som kalles kvantetall , som er fire:
- Hovedkvantetallet n , assosiert med energien til elektronet og har positive heltallsverdier.
- Det asimutale kvantetallet l , assosiert med vinkelmomentet til elektronet (vinkelmomentum: produktet av dets masse ganger rotasjonshastigheten) som er uttrykt med bokstaver; s for l = 0; p for l =1, d for l =2, f for l =3. Nomenklaturen til tallet l med bokstaver har sin opprinnelse i studiet av spektra av alkalimetaller, der spektrallinjene ble gruppert, etter deres navn på engelsk, til skarpe ( veldefinerte, s ), principal (hoved, hoved,p ), diffus (diffus, d ) og fundamental (fundamental, f ).
- Den tredje er kvantetallet er den magnetiske m eller ml assosiert med orienteringen av vinkelmomentet til elektronet . Variasjonen av dette kvantetallet produserer for eksempel de fem lobare fordelingene av elementer som har 3 d orbitaler vist i figuren. Denne fordelingen av elektroner er svært viktig, siden den tilsvarer grunnstoffer som utgjør ulike materialer som er tilstede i vårt daglige liv, overgangsmetallene krom, kobolt, kobber, jern, nikkel, mangan, skandium, titan og vanadium. Når det gjelder s nivåer , er det magnetiske kvantetallet m ltillater kun sfæriske orbitaler (se figuren); i p- nivåene tillater den tre former for orbitaler og i f tillater den 7 former for orbitaler.
Det fjerde kvantetallet er m s , spinnet til elektronet, assosiert med dets rotasjon.
Den elektroniske strukturen til atomer
Strukturen til elektronene til hvert element er konstituert etter progresjonen av kvantetallene, avhengig av forholdene som hvert enkelt medfører. Progresjonen er som følger (heltallet er det viktigste kvantetallet n og bokstaven er det asimutale kvantetallet l ):
1 s , 2 s , 2 p , 3 s , 3 p , 4 s , 3 d , 4 p , 5 s , 4 d , 5 p , 6 s , 4 f , 5 d , 6 p , 7 s , 5 f
I tillegg må det vurderes at hver orbital kan inneholde opptil to elektroner med motsatt spinn , så s- nivåene kan ha opptil 2 elektroner; p- nivåer , som har 3 orbitaler tillatt av det magnetiske kvantetallet ml , kan ha opptil 6 elektroner; d- skjell , som har 5 tillatte orbitaler (se figuren), kan inneholde opptil 10 elektroner, og f – skjell , som har 7 tillatte orbitaler, kan inneholde opptil 14 elektroner.
Etter dette kriteriet vil hydrogen (H), som bare har ett elektron, ha en 1 s 1- struktur , der hevet skrift 1 indikerer at det bare er ett elektron i 1 s- orbitalen . Helium (He), med to elektroner, vil ha en 1 s 2 struktur (to elektroner i s orbital ). Litium (Li), med tre elektroner, vil ha en elektronisk struktur 1 s 2 2 s 1 . Og så videre. Jern (Fe), for eksempel, som har 26 elektroner, vil ha en elektronisk struktur 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p6 3 d 6 4 s 2 ; hver og en av de 26 elektronene av jern passerer gjennom orbitalene etablert av denne elektroniske strukturen.
MERK
Det må tas i betraktning at selv om ordet orbital antyder konseptet «bane», beveger ikke elektronene seg faktisk, og til tross for de innledende atommodellene, rundt kjernen og utfører baner, men «transiterer» fra en orbital til en annen Når atomet har mer enn ett, forblir de enten i atomets eneste orbital (når det gjelder hydrogen og helium), eller de går til en orbital som deles av atomene som danner en kovalent kjemisk binding.
Kilder
E. Pavarini, E. Koch, F. Anders og M. Jarrell. Krystallfeltteori, tettbindingsmetode og Jahn-Teller-effekt. Korrelerte elektroner: Fra modeller til materialmodellering og simulering Vol. 2. Forschungszentrum Jülich, 2012, ISBN 978-3-89336-796-2.
JJ Murrell, SFA Kettle, JM Tedder. Den kjemiske bindingen. Andre utgave. John Wiley og sønner. 1985.
Roger G. Burns. Mineralogiske anvendelser av krystallfeltteori. Andre utgave. Cambridge University Press. 1993.
Martin Gonzalez Soto. Hva er kvantetall, NANOVA https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwi22f7M3IT2AhWEjaQKHTpjDiAQFno%2FQA-https%QFno%2FQA-https%QFno%2FQA-https%QFno%2FQA are-the-quantum-numbers%2F&usg=AOvVaw3UoxJOhbgXxBBSGz6R6zxr
