양자수 물질: 유형, 문제 예시(요약)

간단히 설명하면 양자수는 전자의 위치와 에너지 준위 또는 한 번에 원자핵으로부터의 거리, 오비탈의 모양, 오비탈의 방향, 기계적 원자모형에 포함된 전자의 스핀 양자.

각 원자에는 궤도가 있고 원자 궤도에는 다른 에너지 준위가 있습니다. 동일한 오비탈의 에너지 준위는 원자가 다르면 다른 에너지 준위를 가지므로 수소의 1s 오비탈은 헬륨의 1s 오비탈과 에너지 준위가 다릅니다.

양자수의 정의

파동 함수에서 이 숫자는 양자 상황의 상태를 설명하는 특별한 의미를 갖습니다. 이 숫자는 원자의 전자 상태를 설명할 수 있습니다. 1926년 에르빈 슈뢰딩거는 양자역학 이론을 제안했습니다.

이 이론은 원자의 구조를 설명합니다. 이 양자역학적 원자모형은 수학적 방정식, 즉 파동방정식으로 표현된다. 수소 원자에 대한 방정식을 풀면 파동 함수 또는 원자 궤도가 생성됩니다.

이 원자 궤도는 원자의 양자 전자 수의 상황을 설명합니다. 파동 함수의 제곱은 원자핵 주변의 주어진 공간에서 전자를 얻을 확률이 높다는 것을 의미합니다.

하이젠베르크의 불확정성 원리와 마찬가지로 원자에서 전자의 위치는 결정할 수 없습니다. 알 수 있는 것은 전자가 발견될 가능성이 가장 높은 위치뿐입니다.

양자수의 종류

원자의 궤도는 궤도를 구성하는 파동 함수로 형성됩니다. 일반적인 조건에서 원자의 궤도 특성은 n, l, m 및 s의 네 가지 숫자로 설명됩니다.

1. 주양자수(n)

이 숫자는 1(일)부터 시작하는 양의 정수로 구성되어 n의 값을 1, 2, 3, 4, 5 등으로 만듭니다. 이 숫자는 원자의 오비탈이 차지하는 껍질을 나타냅니다.

2. 방위각 양자수(l)

이 숫자는 0(영)부터 시작하여 l 값을 0, 1, 2, 3, 4, 5 등으로 만드는 양의 정수로 구성됩니다. 이 숫자에는 고유한 기호가 있습니다. 0은 s 오비탈, 1은 p 오비탈, 2는 d 오비탈, 3은 f 오비탈입니다.

3. 자기양자수(m)

이 숫자는 0(영)에서 +/- 1까지의 정수로 구성되므로 각 오비탈의 숫자 값은 동일하지 않습니다. s 오비탈의 경우 m은 s 오비탈에 있으므로 0이고 l은 0입니다. 그러나 l이 2인 d 오비탈의 경우 m은 -2, -1, 0, 1 및 2입니다.

4. 스핀 양자수

앞의 숫자가 오비탈의 방향을 나타내는 경우 이 숫자는 1/2 및 -1/2 값을 갖는 전자의 스핀을 나타냅니다.

읽다: 양자 역학

궤도와 양자수

각 원자 궤도에는 고유한 3개의 양자 번호 집합이 있습니다. 이 숫자는 주요 양자 수(n), 방위각 또는 각운동량(l) 및 자기(m)입니다. 이 세 숫자는 여러 가지를 보여줍니다.

여기에는 궤도의 에너지 준위, 크기, 모양 및 원자 궤도의 가능한 방사형 분포의 방향에 대한 설명이 포함됩니다. 그런 다음, 궤도에서 전자의 스핀을 알려주는 숫자인 스핀 수(들)가 있습니다.

원자 궤도 모양

방위각 값에 따라 네 가지 형태의 원자 궤도가 있습니다. 4개의 오비탈 형태는 다음과 같다.

1. s 오비탈

s 오비탈은 l = 0인 오비탈입니다. 그것은 모양이 구형이며 중앙에 원자핵이 있습니다. 구의 방향이 하나만 있기 때문에 모든 S 궤도는 m 값이 하나만 있습니다. 즉, m = 0입니다. 1s 오비탈은 원자핵에서 전자 밀도 또는 밀도가 가장 높습니다.

원자 밀도는 원자핵에서 멀어짐에 따라 천천히 감소합니다. 2s 오비탈에는 높은 전자 밀도 영역이 두 개 있습니다. 두 영역에서 구형 노드가 있으며 해당 영역에서 전자를 만날 확률이 0으로 감소합니다.

증가하는 s 궤도 꼭짓점의 패턴은 4, 5 등으로 계속됩니다.

2. p. 오비탈

p 오비탈은 l = 1인 오비탈입니다. 모양은 꼬인 풍선과 같으며 두 개의 로브가 있습니다. 엽은 원자핵의 반대쪽에 있습니다. 원자핵은 전자 밀도가 높은 두 엽 사이의 p 궤도 노드 평면에 있습니다.

p 오비탈에는 세 가지 유형의 공간 방향, 즉 Px, Py 및 Pz가 있으므로 m의 세 가지 가능한 값, 즉 -1, 0 또는 +1이 있습니다. 세 개의 오비탈은 데카르트 좌표의 x, y 및 z 축에서 서로 수직으로 위치합니다. 모양, 크기 및 에너지는 동일합니다.

3. d 오비탈

d 오비탈은 l = 2인 오비탈입니다. 이 오비탈은 5개의 다른 방향을 가지고 있어 5개의 가능한 m 값, 즉 -2, -1, 0, +1 또는 +2를 제공합니다. 4개의 d 오비탈은 dxy, dxz, dyx 및 d입니다.²-와이².

이 궤도에는 클로버잎 모양의 4개의 엽이 있습니다. 다음 d 오비탈은 dz입니다.^승, z축에 2개의 메인 로브와 중간에 1개의 도넛 모양 섹션이 있습니다.

4. f. 오비탈

f 오비탈은 l = 3인 오비탈입니다. 이 오비탈에는 7가지 가능한 m 값이 있는 것처럼 7가지 유형의 방향이 있습니다(2l + 1 = 7). 모든 f 오비탈은 다양한 수의 로브가 있는 복잡한 모양을 가지고 있습니다.

읽다: 전자 구성

전자 구성

양자역학의 원자론에서 원자 내 전자의 존재와 궤도함수의 관계를 이해한 후, 다음으로 전자 구성, 원자 껍질의 궤도에 전자를 배열하는 방법에 대해 배웁니다. 다중 전자.

1. 아우프바우의 법칙

이 규칙에서 전자는 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 채워져야 한다고 명시되어 있습니다. 궤도의 에너지 준위는 화학 원소 주기율표의 원자 배열에서 볼 수 있습니다.

표에서 왼쪽 하단은 s 블록이 있는 빨간색으로, 블록 d는 파란색, 블록 p는 노란색, 블록 f는 녹색으로 표시됩니다. 각 행은 스킨입니다.

그 배열을 바탕으로 에너지 준위의 순서가 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p 등임을 알 수 있습니다.

2. 헌트 룰

이 규칙은 동일한 에너지 준위의 오비탈이 있는 경우 전자는 다음과 같아야 함을 나타냅니다. 동일한 에너지 준위의 모든 오비탈이 그림 2와 같이 전자로 채워질 때까지 병렬로 채워집니다. 수행원.

한편, 다음 그림은 Hund의 법칙에 따른 채우기에 적합하지 않습니다.

3. 파울리의 금지

Pauli 금지는 전자가 오비탈에 채워질 때 동일한 양자 수를 가질 수 없으므로 +1/2 값을 갖는 스핀 수(들)가 있다고 말합니다. 가장 낮은 에너지는 쌍을 이루는 전자와 평행 스핀의 수가 가장 많은 에너지입니다.

4. 변칙

실험에 따르면 위에서 언급한 규칙에 따라 전자 구성에 이상이 있습니다. d 서브쉘은 일반적으로 절반 또는 전체입니다. 예를 들어, ₂₄Cr, 전자 배열: [Ar] 4s1 3d5는 [Ar] 4s2 3d4보다 더 안정적입니다.

또한, 전자 구성에 대한 ₂₉Cu: [Ar] 4초¹ 3d¹⁰, [Ar] 4s보다 안정적² 3d⁹. 한편, K와 같은 단원자 이온의 전자 배열은⁺, 나⁺, Ca²⁺, 브^–, 에스^2-등은 먼저 중성 원자에 의해 결정될 수 있습니다.

양전하를 띤 양이온 또는 이온의 경우 단원자 A^엑스+ x+ 전하로 중성 원자 A의 외부 전자 껍질에서 x만큼의 전자가 제거됩니다. 음이온은 monatomic B^와이- y-전하로, y만큼의 전자가 아직 채워지지 않은 가장 낮은 에너지 궤도에 포착됩니다.

양자수를 결정하는 방법

수를 결정하기 전에 먼저 양자 값을 찾고자 하는 원소의 전자 구성을 만들어야 합니다. 예를 들어 ₁₆에스. 전자 구성은 1s입니다.² 2초² 2p⁶ 3초² 3p⁴. 그 후, 3p인 마지막 전자 구성을 취하십시오.⁴.

• 이 구성에 따라 기본 숫자 값은 3입니다. 숫자 3은 궤도 또는 껍질의 크기를 나타내기 때문입니다.
• p는 전자의 하위 껍질이므로 l = 1 값에서 얻을 수 있습니다.
• p 서브쉘에 있기 때문에 양자 수는 -1, 0 또는 +1 사이가 됩니다. 그것을 결정할 때 먼저 궤도 상자를 그립니다. 상자를 채울 때 화살표를 사용할 수 있습니다.
• 위를 가리키는 화살표로 각 상자를 채운 다음 아래를 가리키는 화살표로 채우십시오. 숫자 4는 이렇게 채워야 하는 화살표의 수입니다.

↑↓ ↑ ↑

-1 0 +1

• 네 번째(마지막) 화살표는 기계적 값이 m = -1인 -1 상자에 있습니다.
• 위쪽 화살표의 가치는 +1/2이고 아래쪽 화살표의 가치는 -1/2입니다. 마지막 화살표는 아래를 가리키는 화살표이므로 s의 값은 -1/2입니다.

음, 그것이 양자수를 결정하는 방법입니다. 다음은 공부할 이 자료와 관련된 몇 가지 질문의 예입니다.

읽다: 물리적 변화

양자수의 예

다음 질문을 확인하세요!

1. 예제 질문 1

다음 원소와 단원자 이온의 전자 배열과 전자도를 결정하라!

1. ₈영형^2-
2. ₂₀마그네슘²⁺
3. ₂₆철³⁺
4. ₂₇공동
5. ₃₂게

해결책:

2. 예제 질문 2

Ga의 마지막 전자에는 양자수가 있습니다 ...

1. n = 4; 내가 = 0
2. n = 4; 내가 = 1
3. n = 3; 내가 = 2
4. n = 4; 내가 = 2
5. n = 3; 내가 = 1

해결책:

화학 원소 주기율표를 보면 Ga 원소는 IV기에 있으며 n = 4입니다. 갈륨은 13족에 속하므로 원자가 전자는 p 하위 껍질에 있으며 l = 1을 의미합니다.

3. 예제 질문 3

아래에서 Cl 원자의 마지막 전자가 차지할 수 없는 양자수는 ...

1. n = 3; 내가 = 1; m = -1; s = -1/2
2. n = 3; 내가 = 1; m = 0; s =
3. n = 3; 내가 = 2; m = -1; s =
4. n = 3; 내가 = 2; m = 1; s = -1/2
5. n = 3; 내가 = 1; m = 1; s = 1/2

해결책:

4. 예제 질문 4

요소 X³⁺ Ar 원소와 동일한 전자 배열을 갖는다. 따라서 이온과 동일한 구성을 갖는 이온은 ...

1. 케이⁺
2. 마그네슘²⁺
3. 나⁺
4. 클⁺
5. 에프^–

해결책:

Ar 원소는 3주기에 있으므로 Ar 또는 [Ne] 3s와 동일한 전자 배열을 갖는 이온² 3p⁶ 양이온의 경우 기간 4, 음이온의 경우 기간 3에 있습니다. 가장 적절한 이온은 K⁺.

5. 예제 질문 5

원소의 양자수 결정 ³²게!

해결책:

6. 예제 질문 6

다음은 모두 허용되는 양자 번호입니다.

1. n = 2; 내가 = 1; m = -1
2. n = 3; 내가 = 2; m = 1
3. n = 3; 내가 = 3; m = -1
4. n = 3; 내가 = 0; m = 0
5. n = 3; 내가 = 2; m = -1

해결책:

주 수(n)의 값이 3이면 최대 방위각 수(l)는 n-1 = 3-1 = 2입니다. 따라서 n = 3, l = 3, m = -1인 옵션 C는 허용되지 않습니다.

양자수를 배우려면 자주 사용되거나 문제에 등장하는 원소의 원자번호 일부도 마스터해야 합니다. 또한 전자 구성을 구성할 때 에너지 준위의 배열에 대해 잘 알고 있어야 합니다.