Chémia je väčšinou štúdiom elektrónových interakcií medzi atómami a molekulami. Pochopenie správania elektrónov v atóme, ako je napr Princíp Aufbau, je dôležitou súčasťou porozumenia chemické reakcie. Počiatočné atómové teórie použil myšlienku, že atómový elektrón sa riadi rovnakými pravidlami ako mini slnečná sústava, kde planéty boli elektróny obiehajúce okolo stredového protónového slnka. Elektrické príťažlivé sily sú omnoho silnejšie ako gravitačné sily, ale pri vzdialenosti sa riadia rovnakými základnými inverznými pravidlami. Prvé pozorovania ukázali, že elektróny sa pohybovali skôr ako oblak obklopujúci jadro, skôr ako jednotlivá planéta. Tvar mraku alebo orbitálu závisel od množstva energie, moment hybnosti a magnetický moment jednotlivého elektrónu. Vlastnosti atómu elektrónová konfigurácia sú opísané štyrmi kvantové čísla: n, ℓ, ma s.
Prvé kvantové číslo
Prvý z nich je úroveň energie kvantové číslo, n. Na obežnej dráhe sú obežné dráhy s nízkou energiou blízko zdroja príťažlivosti. Čím viac energie dáte telu na obežnú dráhu, tým ďalej to „vyjde“. Ak dáte telu dostatok energie, úplne opustí systém. To isté platí pre elektrónový orbitál. Vyššie hodnoty
n znamená viac energie pre elektrón a zodpovedajúci polomer elektrónového oblaku alebo obežnej dráhy je ďalej od jadra. Hodnoty n začnite od 1 a stúpajte o celé čísla. Čím vyššia je hodnota n, tým bližšie sú príslušné úrovne energie k sebe. Ak sa do elektrónu pridá dostatok energie, opúšťa atóm a zanecháva a pozitívny ión pozadu.Druhé kvantové číslo
druhé kvantové číslo je uhlové kvantové číslo, ℓ. Každá hodnota n má viacnásobné hodnoty ℓ v rozsahu od 0 do (n-1). Toto kvantové číslo určuje „tvar“ elektrónový oblak. V chémii existujú názvy pre každú hodnotu ℓ. Prvá hodnota ℓ = 0 sa nazýva orbitálna s. s orbitály sú sférické, zamerané na jadro. Druhý, ℓ = 1, sa nazýva orbitál p. P orbitály sú zvyčajne polárne a tvoria lupeňový tvar s bodom smerom k jadru. ℓ = 2 orbitál sa nazýva d orbitál. Tieto orbity sú podobné tvaru orbitálu, ale majú viac „okvetných lístkov“ ako štvorlístok. Môžu mať tiež tvar prsteňov okolo spodnej časti lístkov. Nazýva sa nasledujúci orbitál, ℓ = 3 orbitál. Tieto orbitály majú tendenciu vyzerať podobne ako orbitály d, ale s ešte väčším počtom „okvetných lístkov“. Vyššie hodnoty ℓ majú názvy, ktoré nasledujú v abecednom poradí.
Tretie kvantové číslo
Tretie kvantové číslo je magnetické kvantové číslo, m. Tieto čísla boli prvýkrát objavené v spektroskopii, keď boli plynné prvky vystavené magnetickému poľu. Spektrálna čiara zodpovedajúca konkrétnej obežnej dráhe by sa rozdelila do viacerých línií, keď by sa cez plyn zaviedlo magnetické pole. Počet delených čiar by mal súvisieť s uhlovým kvantovým číslom. Tento vzťah ukazuje pre každú hodnotu ℓ zodpovedajúcu množinu hodnôt m v rozmedzí od -ℓ do ℓ. Toto číslo určuje orbitálnu orientáciu v priestore. Napríklad, orbitále zodpovedajú ℓ = 1, môžu mať m hodnoty -1,0,1. To by predstavovalo tri rôzne orientácie v priestore pre dvojité plátky orbitálneho tvaru. Zvyčajne sú definované ako pX, stry, strz reprezentovať osi, s ktorými sú zarovnané.
Štvrté kvantové číslo
Štvrté kvantové číslo je kvantová rotácia číslo, s. Existujú iba dve hodnoty pre s, ½ a -½. Nazývajú sa aj „roztočiť“ a „roztočiť“. Toto číslo sa používa na vysvetlenie správania jednotlivých elektrónov, akoby sa otáčali v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek. Dôležitou súčasťou orbitálov je skutočnosť, že každá hodnota m má dva elektróny a potreboval spôsob, ako ich odlíšiť jeden od druhého.
Súvisiace kvantové čísla s elektrónovými orbitálmi
Tieto štyri čísla, n, ℓ, ma s sa môžu použiť na opis elektrónu v stabilnom atóme. Kvantové čísla každého elektrónu sú jedinečné a nemôžu v tomto atóme zdieľať iný elektrón. Táto vlastnosť sa nazýva Princíp vylúčenia Pauliho. Stabilný atóm má toľko elektrónov ako protóny. Pravidlá, podľa ktorých sa elektróny orientujú okolo svojho atómu, sú jednoduché, len čo sú pochopené pravidlá, ktorými sa riadia kvantové čísla.
Na kontrolu
- n môžu mať celé čísla: 1, 2, 3, ...
- Pre každú hodnotu n, ℓ môže mať celé čísla od 0 do (n-1)
- m môže mať ľubovoľnú hodnotu celého čísla vrátane nuly od-from do + ℓ
- s môže byť + 1/2 alebo-1/2