Atomic Structure: Die quantenmechanische Modell
Zwei Modelle der atomaren Struktur sind heute im Einsatz: das Bohr-Modell und das quantenmechanische Modell. Die quantenmechanische Modell basiert auf der Mathematik. Obwohl es schwieriger zu verstehen als der Bohr-Modell ist, kann es verwendet werden Beobachtungen zu komplexen Atomen zu erklären.
Ein Modell ist nützlich, weil es hilft Ihnen zu verstehen, was in der Natur beobachtet wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass mehr als ein Modell haben darstellen und den Menschen helfen, ein bestimmtes Thema zu verstehen.
Das quantenmechanische Modell basiert auf Quantentheorie, das sagt Materie hat auch Eigenschaften mit Wellen verbunden. Nach der Quantentheorie ist es unmöglich, die genaue Position und Impuls eines Elektrons in der gleichen Zeit zu kennen. Dies ist bekannt als die Unschärferelation.
Die quantenmechanische Modell des Atoms verwendet komplexe Formen von Orbitale (Manchmal auch als Elektronenwolken), Volumen des Raumes, in dem es wahrscheinlich ein Elektron zu sein. So ist dieses Modell auf Wahrscheinlichkeit basiert und nicht Gewissheit.
Vier Zahlen, die so genannte Quantenzahlen, wurden eingeführt, um die Eigenschaften der Elektronen und deren Orbitale zu beschreiben:
Hauptquantenzahl: n
Drehimpulsquantenzahl: l
Magnetische Quantenzahl:
Spinquantenzahl:
Die Hauptquantenzahl
Der Hauptquantenzahl n beschreibt die durchschnittliche Entfernung der Orbital vom Kern - und die Energie des Elektrons in einem Atom. Es kann positive ganze Zahl (ganze Zahl) Werte haben: 1, 2, 3, 4, und so weiter. Je größer der Wert von n ist, desto höher die Energie und je größer die orbital. Chemiker nennen manchmal die Orbitale Elektronenschalen.
Der Drehimpuls-Quantenzahl
Der Drehimpuls-Quantenzahl l beschreibt die Form des orbital, und die Form wird durch die Hauptquantenzahl n beschränkt: Der Drehimpuls-Quantenzahl l kann von 0 bis n-1 positive ganzzahlige Werte aufweisen. Wenn beispielsweise der Wert n 3 ist, werden drei Werte erlaubt für l: 0, 1 und 2.
Der Wert von l definiert die Form der Umlauf, und der Wert von n definiert die Größe.
Orbitale, die den gleichen Wert von n haben, aber unterschiedliche Werte von l werden genannt Subshells. Diese Teilschalen sind verschiedene Buchstaben gegeben Chemikern, sie voneinander zu unterscheiden helfen. Die folgende Tabelle zeigt die Buchstaben zu den verschiedenen Werten entsprechender l.
| Wert von l (Subshell) | Brief |
|---|---|
| 0 | s |
| 1 | p |
| 2 | d |
| 3 | f |
| 4 | G |
Wenn Chemiker eine bestimmte Sub-Shell in einem Atom beschreiben, können sie sowohl den n-Wert verwenden und den Sub-Shell Brief - 2p, 3d, und so weiter. Normalerweise ist ein Sub-Shell-Wert von 4 die größte benötigt eine bestimmte Sub-Shell zu beschreiben. Wenn Chemiker jemals einen größeren Wert benötigen, können sie Subshell Zahlen und Buchstaben erstellen.
Die folgende Abbildung zeigt die Formen der s, p und d-Orbitale.
Wie in der oberen Reihe der Figur (a) gezeigt, gibt es zwei s-Orbitale - eine für Energieniveau 1 (1 s) und die andere für Energieniveau 2 (2s). Die s-Orbitale sind sphärisch mit dem Kern in der Mitte. Beachten Sie, dass die 2s-Orbital größer im Durchmesser als der 1s-Orbital. In großen Atomen, Orbital die 1s in den 2s eingebettet, ebenso wie die 2p in der 3p eingebettet ist.
Die zweite Reihe der Figur (b) zeigt die Formen der p-Orbitale, und die letzten beiden Zeilen (c) zeigen die Formen der d-Orbitale. Beachten Sie, dass die Formen zunehmend komplexer werden.
Die magnetische Quantenzahl
Die magnetische Quantenzahl wird bezeichnet als:
Diese Zahl beschreibt, wie die verschiedenen Orbitalen im Raum orientiert sind. Der Wert dieser Zahl hängt von dem Wert von l. Die zulässigen Werte sind ganze Zahlen von -l auf 0 bis +l. Wenn beispielsweise der Wert von l = 1 (p-Orbital), können Sie drei Werte für diese Zahl zu schreiben: -1, 0 und +1. Dies bedeutet, dass es drei verschiedene p Subshells für eine bestimmte Orbital sind. Die Teilschalen die gleiche Energie, aber unterschiedlichen Orientierungen im Raum.
Die zweite Reihe (b) der Figur zeigt, wie die p-Orbitale im Raum orientiert sind. Beachten Sie, dass die drei p-Orbitale entsprechen magnetische Quantenzahl-Werte von -1, 0 und +1, orientiert entlang der x, y und z-Achsen.
Die Spinquantenzahl
Die vierte und letzte Quantenzahl ist, die Spinquantenzahl, bezeichnet als:
Diese Zahl beschreibt die Richtung das Elektron in einem Magnetfeld Spinn - entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Nur zwei Werte sind zulässig: +1/2 oder -1/2. Für jede Sub-Shell kann es nur zwei Elektronen, eines mit einem Spin von +1/2 und zum anderen mit einem Spin von -1/2 sein.