量子数と電子軌道

電子の 4 つの量子数

原子の解剖図。ゲッティ イメージズ/BSIP/UIG

化学は主に、原子と分子の間の電子相互作用の研究です。次のような、原子内の電子の振る舞いを理解する 構造原理 、理解の重要な部分です 化学反応 . 初期の原子論 原子の電子は、惑星が中心の陽子太陽を周回する電子であるミニ太陽系と同じ規則に従うという考えを使用しました.電気引力は重力よりもはるかに強力ですが、距離については同じ基本的な逆二乗規則に従います。初期の観測では、電子が個々の惑星ではなく、原子核を取り囲む雲のように動いていることが示されました。雲の形、または軌道は、エネルギーの量に依存し、 角運動量 個々の電子の磁気モーメント。原子の性質電子配置4で説明されています 量子数 : n 、ℓ、 メートル 、 と s .

最初の量子数

最初は エネルギーレベル 量子数、 n .軌道では、低エネルギー軌道は引力の源に近いです。軌道上で物体に与えるエネルギーが多いほど、物体は「外側」に移動します。体に十分なエネルギーを与えると、体は完全にシステムから離れます。同じことが電子軌道にも当てはまります。より高い値 n 電子のより多くのエネルギーを意味し、電子雲または軌道の対応する半径は原子核からさらに離れています。の値 n 1 から開始し、整数値ずつ増加します。 n の値が高いほど、対応するエネルギー準位が互いに近くなります。電子に十分なエネルギーが加えられると、電子は原子を離れ、 陽イオン 後ろに。

第二量子数

の 2 番目の量子数 は角量子数 ℓ です。の各値 n は、0 から (n-1) までの値の範囲の ℓ の複数の値を持ちます。この量子数は、 電子雲 .化学では、ℓ の値ごとに名前があります。最初の値 ℓ = 0 は s 軌道と呼ばれます。 s 軌道は、核を中心とする球形です。 2 番目の ℓ = 1 は p 軌道と呼ばれます。 p 軌道は通常、極性があり、先端が核に向かっている涙のしずくの花びらの形を形成します。 ℓ = 2 軌道は d 軌道と呼ばれます。これらの軌道は p 軌道の形状に似ていますが、クローバーの葉のような「花びら」が多くなっています。また、花びらの付け根の周りに輪の形をしている場合もあります。次の軌道 ℓ=3 が呼び出されます f軌道 .これらの軌道は d 軌道に似ている傾向がありますが、さらに多くの「花弁」があります。 ℓ の値が大きいほど、アルファベット順に名前が付けられます。

第三量子数

3 番目の量子数は磁気量子数です。 メートル .これらの数値は、ガス状元素が磁場にさらされたときに分光法で最初に発見されました。特定の軌道に対応するスペクトル線は、ガス全体に磁場が導入されると、複数の線に分割されます。分割線の数は、角量子数に関連します。この関係は、ℓ のすべての値について、対応する値のセットを示しています。 メートル -ℓ から ℓ までの範囲が見つかります。この数は、空間における軌道の方向を決定します。例えば、 p軌道 ℓ=1に対応し、持つことができます メートル -1,0,1 の値。これは、p 軌道形状の双子の花弁の空間における 3 つの異なる方向を表します。それらは通常 p と定義されます。_バツ、p_よ、p_とそれらが整列する軸を表します。

第四量子数

4番目の量子数は スピン量子 番号、 s .の値は 2 つだけです。 s 、+½ および -½。これらは「スピンアップ」および「スピンダウン」とも呼ばれます。この数は、時計回りまたは反時計回りに回転しているかのように、個々の電子の動作を説明するために使用されます。軌道にとって重要な部分は、 メートル は 2 つの電子を持っており、それらを互いに区別する方法が必要でした。

量子数を電子軌道に関連付ける

この4つの数字、 n 、ℓ、 メートル 、 と s 安定した原子の電子を記述するために使用できます。各電子の量子数は一意であり、その原子内の別の電子と共有することはできません。このプロパティは、 パウリの排除原理 .安定した原子は、陽子と同じ数の電子を持っています。量子数を支配する規則が理解されると、電子が原子の周りに自分自身を向けるために従う規則は簡単です。

レビュー用

• n 整数値を持つことができます: 1、2、3、...
• のすべての値について n , ℓ は 0 から (n-1) までの整数値を持つことができます
• メートル -l から +l までの、ゼロを含む任意の整数値を持つことができます
• s +½ または -½ のいずれか