Студент бакалавриата
  1. Общая химия  1.1. Введение в Химию  1.2. Структура атома  1.2.1. Субатомные частицы  1.2.2. Атомная модель  1.2.3. Квантовые числа  1.2.4. Электронная конфигурация  1.2.5. Периодические тенденции  1.2.6. Изотопы и их применения  1.3. Химическая связь  1.3.1. Ионная связь  1.3.2. Ковалентные связи  1.3.3. Металлическая связь  1.3.4. Гибридизация  1.3.5. Молекулярная геометрия и теория ВЕСЗР  1.3.6. Полярность связи и дипольный момент  1.4. Стехиометрия  1.4.1. Понятие моль  1.4.2. Эмпирическая и молекулярная формула  1.4.3. Ограничивающий реагент и избыток реагента  1.4.4. Процентный выход и чистота  1.4.5. Расчет разведения  1.5. Состояния вещества  1.5.1. Газовые законы  1.5.2. Материя и межмолекулярные силы  1.5.3. Твёрдые тела и кристаллические структуры  1.5.4. Диаграмма фаз  1.5.5. Плазма и сверхкритическая жидкость  1.6. Химические реакции  1.6.1. Типы химических реакций  1.6.2. Балансировка химических уравнений  1.6.3. Термохимические реакции  1.6.4. Энергетические профили реакций  1.7. Растворы и смеси  1.7.1. Единицы измерения концентрации  1.7.2. Свойства синдрома  1.7.3. Растворимость и правила растворимости  1.7.4. Закон Генри и Закон Рауля  1.7.5. Partition coefficient  1.8. Химическое равновесие  1.8.1. Закон действия масс  1.8.2. Принцип Ле Шателье  1.8.3. Реакционный коэффициент  1.8.4. Чтобы воспользоваться этим онлайн-калькулятором для расчета константы равновесия, введите константу равновесия (Eq.) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет константы равновесия с заданными входными значениями -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Кислотно-щелочной баланс  1.9. Кислоты и основания  1.9.1. Определения Аррениуса, Брёнстеда–Лоури и Льюиса  1.9.2. pH и pOH  1.9.3. Титрование кислоты и основания  1.9.4. Буферный раствор  1.9.5. Кислотно-основной индикатор  1.9.6. Полипротные кислоты и основания  1.10. Электрохимия  1.10.1. Окислительно-восстановительные реакции  1.10.2. Гальванические и Электролитические Элементы  1.10.3. Уравнение Нернста  1.10.4. Электролиз  1.10.5. Законы электролиза Фарадея  1.11. Термодинамика  1.11.1. Законы термодинамики  1.11.2. Enthalpy, entropy and Gibbs free energy  1.11.3. Спонтанность реакций  1.11.4. Термодинамические циклы (закон Гесса, цикл Карно)  1.12. Кинетика  1.12.1. Закон скорости и порядок реакции  1.12.2. Энергия активации и катализаторы  1.12.3. Collision theory  1.12.4. Механизм реакции  1.12.5. Теория переходного состояния
  2. Органическая химия  2.1. Структура и взаимосвязь  2.1.1. Гибридизация в углеродных соединениях  2.1.2. Резонанс и ароматизация  2.1.3. Molecular orbitals  2.1.4. Индуктивные и мезомерные эффекты  2.2. Углеводороды  2.2.1. Углеводороды  2.2.2. Алкены  2.2.3. Алкины  2.2.4. Ароматические соединения  2.2.5. Циклоалканы и Конформация  2.3. Функциональная группа  2.3.1. Алкоголи и фенолы  2.3.2. Эфиры и эпоксиды  2.3.3. Альдегиды и кетоны  2.3.4. Карбоновые кислоты и их производные  2.3.5. Aмин  2.3.6. Сложные эфиры и амиды  2.3.7. Тиолы и сульфиды  2.4. Стереохимия  2.4.1. Изомерия в стереохимии  2.4.2. Хиральность и оптическая активность  2.4.3. Структурный анализ  2.4.4. Диастереомеры и энантиомеры  2.5.1. Реакции замещения  2.5.2. Реакции элиминирования  2.5.3. Реакции присоединения  2.5.4. Радикальные реакции  2.5.5. Реакции перегруппировки  2.5.6. Перицветные реакции  2.6. Спектроскопия и структурный анализ  2.6.1. Инфракрасная спектроскопия  2.6.2. Ядерный магнитный резонанс  2.6.3. Масс-спектрометрия  2.6.4. УФ-видимая спектроскопия  2.6.5. Рентгеновская кристаллография  2.7. Химия полимеров  2.7.1. Полимеры добавления и конденсации  2.7.2. Механизм полимеризации  2.7.3. Биоразлагаемый полимер  2.7.4. Проводящие и умные полимеры
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Лиганды и координационные соединения  3.1.2. Теория кристаллического поля  3.1.3. Теория молекулярных орбиталей в координационных соединениях  3.1.4. Искажение Яна–Тейлора  3.2. Main Group Chemistry  3.2.1. Щелочные и щелочноземельные металлы  3.2.2. Галогены и благородные газы  3.2.3. Переходные металлы и их комплексы  3.2.4. Лантаниды и актиниды  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Кристаллические решетки и элементарные ячейки  3.3.2. Дефекты в твердых телах  3.3.3. Электрические и магнитные свойства  3.3.4. Сверхпроводимость  3.4. Биоорганическая химия  3.4.1. Ионы металлов в биологии  3.4.2. Энзиматические реакции с металлами  3.4.3. Отравление металлами и детоксикация  3.4.4. Металлопротеины и Металлоэнзимы
  4. Физическая химия  4.1. Квантовая химия  4.1.1. Дуализм волны и частицы  4.1.2. Уравнение Шрёдингера  4.1.3. Квантовые числа и орбитали  4.1.4. Атомная и молекулярная спектроскопия  4.2. Statistical mechanics  4.2.1. Распределение Максвелла-Больцмана  4.2.2. Функции разложения  4.2.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3. Химическая термодинамика  4.3.1. Энергия Гиббса  4.3.2. Фазовый переход  4.3.3. Термодинамическая эффективность  4.4. Поверхностная химия  4.4.1. Абсорбция и катализ  4.4.2. Коллоиды и эмульсии
  5. Аналитическая химия  5.1. Classical methods  5.1.1. Гравиметрический анализ  5.1.2. титриметр  5.2. Инструментальные методы  5.2.1. Хроматография  5.2.2. Спектроскопия  5.2.3. Электроанализаторные методы  5.2.4. Рентгеновская дифракция
  6. Промышленная химия  6.1. Нефтехимия  6.2. Принципы химической инженерии  6.3. Зеленая химия  6.4. Фармацевтика и синтез лекарств
  7. Биохимия  7.1. Углеводы  7.2. Белки и ферменты  7.3. Липиды и мембраны  7.4. Нуклеиновые кислоты  7.5. Метаболизм и биоэнергетика  7.6. Кинетика и механизм ферментов

Студент бакалавриата → Общая химия → Структура атома ↓


Квантовые числа


Понимание структуры атомов является основополагающим в химии. Атомы, которые являются основными единицами вещества, состоят из протонов, нейтронов и электронов. Из них электроны играют основную роль в химических связях и определяют химические свойства атома. Электроны находятся в областях пространства вокруг ядра, называемых орбиталями. Эти орбитали можно описать с помощью квантовых чисел.

Квантовые числа - это наборы числовых значений, которые предоставляют решения уравнения Шрёдингера для атома водорода. Они описывают различные свойства орбиталей и свойства электронов внутри этих орбиталей. Существует четыре квантовых числа, каждое из которых описывает определенный аспект конфигурации электрона: главное квантовое число (n), азимутальное квантовое число (l), магнитное квантовое число (ml) и квантовое число спина (ms).

1. Главное квантовое число (n)

Главное квантовое число, n, указывает на основной энергетический уровень или оболочку, в которой находится электрон. Это положительное целое число (1, 2, 3 и т. д.). Значение n указывает на относительный размер и энергию атомных орбиталей. Чем больше значение n, тем больше расстояние электрона от ядра, и, следовательно, тем больше атомная орбиталь.

Главное квантовое число (n) n=1 n=2 n=3

Например, в электронной конфигурации атома вы можете увидеть такие записи:

1s 2 2s 2 2p 6

Здесь 1 и 2 представляют главное квантовое число. Когда n равен 1, это указывает на первую оболочку, а n равен 2 - на вторую оболочку и так далее.

Количество электронов, которые может содержать оболочка, определяется по следующей формуле:

2n 2

Таким образом, первая оболочка (n = 1) может содержать максимум 2 электрона, вторая оболочка (n = 2) - максимум 8 электронов и так далее.

2. Азимутальное квантовое число (l)

Азимутальное квантовое число, l, также известное как квантовое число момента импульса, определяет форму орбитали. Оно может принимать целые значения от 0 до n - 1 для каждой оболочки.

Значения l соответствуют различным подуровням или типам орбиталей. Общая номенклатура для них такова:

  • l = 0: s-орбиталь
  • l = 1: p-орбиталь
  • l = 2: d-орбиталь
  • l = 3: f-орбиталь
Азимутальное квантовое число (l) s-орбиталь (l=0) p-орбиталь (l=1) d-орбиталь (l=2)

s-орбиталь является сферической, p-орбиталь имеет форму гантели, а d-орбиталь может иметь более сложные формы, часто описываемые как клеверный лист.

Азимутальное квантовое число l не только характеризует форму орбитали, но и вносит вклад в энергию электрона. На том же уровне главного квантового числа орбитали с различными значениями l имеют немного разные уровни энергии.

3. Магнитное квантовое число (ml)

Магнитное квантовое число, m l, описывает ориентацию орбитали в пространстве относительно других орбиталей. Оно может принимать целые значения от -l до +l, включая ноль.

Например, если l = 1 (орбиталь p), то m l может быть -1, 0 или +1. Это приводит к трем возможным ориентациям для орбитали p, которые часто обозначаются как p x, p y и p z.

Магнитное квантовое число (ML) pz орбиталь (ml=0)

Это квантовое число важно в магнитных полях, где оно определяет сдвиг уровней энергии. Поэтому оно называется "магнитным" квантовым числом.

4. Квантовое число спина (ms)

Квантовое число спина, ms, описывает спин электрона, который может быть либо +1/2, либо -1/2. Спин электрона - это фундаментальное свойство, как заряд или масса, и оно дает начало магнитным свойствам атома.

В данной орбитали принцип запрета Паули утверждает, что два электрона не могут иметь одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Таким образом, если в орбитали имеется пара электронов, их спины должны быть противоположными - один +1/2, другой -1/2.

Квантовое число спина (ms) MS=+1/2 MS=-1/2

Спин электрона важен для понимания таких явлений, как спаривание электронов и химическая реактивность веществ.

Применение квантовых чисел

Квантовые числа являются основополагающими для понимания различных свойств и поведения атомов и молекул. Они являются важными инструментами для химиков для понимания распределения электронов в атоме. Вот некоторые из применений:

  • Электронная конфигурация: Квантовые числа позволяют нам записывать электронную конфигурацию атомов, которая показывает распределение электронов среди орбиталей.
  • Спектроскопия: В спектроскопии квантовые числа объясняют спектральные линии. Разные переходы электронов между квантованными энергетическими уровнями приводят к спектральным линиям, специфичным для каждого элемента.
  • Химическая связь: Спаривание электронов, определяемое квантовыми числами, важно для формирования ковалентных и ионных связей.
  • Магнетизм: Квантовое число спина помогает объяснить магнитные свойства материалов. Материалы с неспаренными электронами обладают магнетизмом.

Заключение

Квантовые числа уникально идентифицируют расположение и свойства электрона в атоме. Понимание этих концепций обеспечивает лучшее понимание атомной теории и химических реакций. Эти знания являются основой современной химии и играют жизненно важную роль в научных достижениях в области химии, физики и материаловедения.


Студент бакалавриата → 1.2.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (1.2.2)
Атомная модель
Следующий (1.2.4) →
Электронная конфигурация

Комментарии 



Квантовые числа

https://www.chemistryelite.com/ug/1.2.3?ceal=ru