Números quânticos e orbitais de elétrons

A química é principalmente o estudo das interações eletrônicas entre átomos e moléculas. Compreendendo o comportamento dos elétrons em um átomo, como Princípio de Aufbau, é uma parte importante da compreensão reações químicas. Teorias atômicas primitivas usaram a idéia de que o elétron de um átomo seguia as mesmas regras que um mini sistema solar, onde os planetas eram elétrons orbitando um sol de próton central. As forças atraentes elétricas são muito mais fortes que as forças gravitacionais, mas seguem as mesmas regras básicas do quadrado inverso para a distância. Observações iniciais mostraram que os elétrons estavam se movendo mais como uma nuvem ao redor do núcleo do que como um planeta individual. A forma da nuvem, ou orbital, dependia da quantidade de energia, momento angular e momento magnético do elétron individual. As propriedades de um átomo configuração eletrônica são descritos por quatro Números quânticos: n, ℓ, me s.

O primeiro é o nível de energia

o segundo número quântico é o número quântico angular, ℓ. Cada valor de n possui vários valores de ℓ variando em valores de 0 a (n-1). Esse número quântico determina a 'forma' da Nuvem de elétrons. Em química, existem nomes para cada valor de ℓ. O primeiro valor, ℓ = 0 chamado de orbital s. Os orbitais s são esféricos, centrados no núcleo. O segundo, ℓ = 1 é chamado de orbital p. Os orbitais p são geralmente polares e formam uma forma de pétala em forma de lágrima com o ponto em direção ao núcleo. ℓ = 2 orbital é chamado de d orbital. Esses orbitais são semelhantes à forma orbital p, mas com mais 'pétalas' como um trevo. Eles também podem ter formas de anel ao redor da base das pétalas. O próximo orbital, ℓ = 3 é chamado um orbital f. Esses orbitais tendem a parecer semelhantes aos orbitais d, mas com ainda mais 'pétalas'. Valores mais altos de ℓ têm nomes que seguem em ordem alfabética.

O terceiro número quântico é o número quântico magnético, m. Esses números foram descobertos pela espectroscopia quando os elementos gasosos foram expostos a um campo magnético. A linha espectral correspondente a uma órbita específica seria dividida em várias linhas quando um campo magnético seria introduzido através do gás. O número de linhas de divisão estaria relacionado ao número quântico angular. Essa relação mostra para cada valor de ℓ, um conjunto correspondente de valores de m variando de -ℓ a ℓ é encontrado. Este número determina a orientação do orbital no espaço. Por exemplo, p orbitais corresponde a ℓ = 1, pode ter m valores de -1,0,1. Isso representaria três orientações diferentes no espaço para as pétalas gêmeas da forma orbital p. Eles são geralmente definidos como p_xp_yp_z para representar os eixos com os quais eles se alinham.

O quarto número quântico é o spin quântico número, s. Existem apenas dois valores para s, + ½ e -½. Eles também são chamados de 'girar para cima' e 'girar para baixo'. Esse número é usado para explicar o comportamento de elétrons individuais como se estivessem girando no sentido horário ou anti-horário. A parte importante para os orbitais é o fato de que cada valor de m tem dois elétrons e precisava de uma maneira de distingui-los um do outro.

Esses quatro números, n, ℓ, me s pode ser usado para descrever um elétron em um átomo estável. Os números quânticos de cada elétron são únicos e não podem ser compartilhados por outro elétron naquele átomo. Essa propriedade é chamada de Princípio de exclusão de Pauli. Um átomo estável possui tantos elétrons quanto prótons. As regras que os elétrons seguem para se orientar em torno de seu átomo são simples quando as regras que regem os números quânticos são compreendidas.

• n pode ter valores de número inteiro: 1, 2, 3, ...
• Para cada valor de n, ℓ pode ter valores inteiros de 0 a (n-1)
• m pode ter qualquer valor numérico inteiro, incluindo zero, de -ℓ a + ℓ
• s pode ser + ½ ou -½