Nombor Kuantum: Bentuk, Orbital Atom, dan Contohnya

Nombor kuantum adalah nombor yang mempunyai makna atau parameter khas untuk menggambarkan keadaan sistem kuantum.

Pada mulanya kita mungkin telah mempelajari beberapa teori atom sederhana seperti teori John Dalton. Walau bagaimanapun, perkembangan teknologi membawa kepada teori baru mengenai atom.

Sebelumnya kita tahu mengenai teori atom Niels Bohr yang menyatakan bahawa atom dapat bergerak di sekitar nukleus atom di lintasannya.

Tetapi beberapa tahun kemudian, teori atom baru yang dikenali sebagai teori kuantum lahir setelah penemuan teori dualisme gelombang zarah.

Teori kuantum atom memberikan perubahan ketara pada model atom.

Dalam teori kuantum, atom dimodelkan dalam bentuk nombor atau nombor kuantum yang disebut . Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat apa itu bil. kuantum.

awal

"Nombor kuantum adalah nombor yang mempunyai makna atau parameter khusus untuk menggambarkan keadaan sistem kuantum."

Pada mulanya, teori ini dikemukakan oleh ahli fizik terkenal bernama Erwin Schrödinger dengan teori yang sering disebut teori mekanik kuantum.

Model atom yang pertama kali diselesaikan olehnya adalah model atom hidrogen melalui persamaan gelombang untuk mendapatkan bil. kuantum.

Dari nombor ini kita dapat mengetahui mengenai model atom bermula dari orbit atom yang menggambarkan neutron dan elektron di dalamnya dan tingkah laku atom.

Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa, model teori kuantum didasarkan pada ketidakpastian kedudukan elektron. Elektron tidak seperti planet yang mengorbit bintang di orbitnya. Walau bagaimanapun, elektron bergerak mengikut persamaan gelombang sehingga kedudukan elektron hanya dapat "diramalkan" atau kebarangkalian diketahui.

Oleh itu, teori mekanik kuantum menghasilkan beberapa kebarangkalian elektron sehingga ruang lingkup elektron yang tersebar dapat diketahui atau disebut sebagai orbital.

Apa sebenarnya nombor kuantum?

Pada asasnya, nombor kuantum terdiri daripada empat set nombor, iaitu:

Nombor kuantum utama (n)
Nombor Azimuth (l)
Nombor magnet (m)
Nombor putaran.

Dari keempat-empat set nombor di atas, tahap, ukuran, bentuk, kebarangkalian radial orbit atau bahkan orientasinya boleh diketahui.

Di samping itu, nombor putaran juga dapat menggambarkan momentum sudut atau putaran elektron dalam orbit. Untuk lebih jelasnya, kami melihat elemen yang membentuk bil satu persatu. kuantum.

1. Nombor kuantum utama (n)

Seperti yang kita ketahui, nombor kuantum utama menerangkan ciri utama yang dilihat dari atom, iaitu tahap tenaga.

Semakin besar nilai nombor ini, semakin besar tahap tenaga orbit atom.

Baca juga: Asimilasi [Lengkap]: Definisi, Syarat, dan Contoh Lengkap

Oleh kerana atom mempunyai cengkerang sekurang-kurangnya 1, nombor kuantum utama ditulis sebagai bilangan bulat positif (1,2,3,….).

2. Nombor Kuantum Azimuth (l)

Terdapat nombor selepas nombor kuantum utama yang disebut bil. azimuth kuantum.

Nombor kuantum azim menggambarkan bentuk orbit atom. Bentuk orbit merujuk kepada lokasi atau subkulit yang mungkin ditempati oleh elektron.

Secara bertulis, nombor ini ditulis dengan mengurangkan bil. kuantum utama dengan satu (l = n-1).

Sekiranya atom mempunyai 3 cengkerang, maka bilangan azimuth adalah 2 atau dengan kata lain terdapat 2 subkulit di mana elektron mungkin ada.

3. Nombor Magnetik Kuantum (m)

Setelah mengetahui bentuk orbit dengan nombor azimuth, orientasi orbit juga dapat dilihat dengan bi. magnet kuantum.

Orientasi orbit yang dimaksud adalah kedudukan atau arah orbit yang dimiliki oleh atom. Orbit sekurang-kurangnya mempunyai nilai tambah dan tolak dari nilai azimutinya (m = ± l).

Katakan atom mempunyai nombor l = 3 maka nombor magnetnya adalah (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) atau dengan kata lain atom boleh mempunyai 7 jenis orientasi.

4. Nombor Quantum Spin

Pada dasarnya, elektron mempunyai identiti intrinsik yang disebut momentum sudut atau apa yang biasanya dikenali sebagai putaran.

Identiti ini kemudian digambarkan oleh nombor yang disebut nombor kuantum putaran.

Nilai yang dijelaskan hanyalah nilai positif atau negatif putaran atau biasa dikenali sebagai putaran ke atas dan putaran ke bawah.

Oleh itu, bil. kuantum putaran hanya terdiri daripada (+1/2 dan -1/2). Sekiranya bil. kuantum mempunyai nombor putaran +1/2 sehingga elektron mempunyai orientasi putaran.

Berikut adalah contoh jadual nombor kuantum supaya anda dapat memahami lebih lanjut mengenai bil. kuantum.

Orbital Atom

Sebelumnya kita mengetahui bahawa orbit adalah tempat atau ruang yang mungkin dihuni oleh atom.

Supaya anda dapat memahami orbitnya mari lihat gambar di bawah.

Gambar di atas adalah bentuk orbit atom. Anak panah pada gambar di atas menunjukkan orbit atau ruang yang mungkin ditempati oleh elektron.

Dari gambar di atas kita dapat melihat bahawa atom mempunyai dua ruang yang mungkin ditempati oleh elektron.

Atom mempunyai empat jenis subkulit, iaitu subkulit s, p, d dan f. Kerana subkulit pada atom berbeza, bentuk orbitalnya juga berbeza.

Berikut adalah beberapa perihalan orbit yang dimiliki oleh atom.

Konfigurasi Elektron

Setelah mengetahui bagaimana memodelkan atom mengikut teori mekanikal kuantum, kita akan membincangkan konfigurasi atau susunan elektron dalam orbit atom.

Baca juga: Persamaan Nilai Mutlak (Penjelasan Lengkap dan Contoh Masalah)

Terdapat tiga peraturan utama yang menjadi asas susunan elektron dalam atom. Ketiga-tiga peraturan tersebut adalah:

1. Prinsip Aufbau

Prinsip Aufbau adalah peraturan susunan elektron di mana elektron menduduki orbit dengan tahap tenaga terendah terlebih dahulu.

Agar anda tidak keliru, gambar di bawah ini adalah aturan pengaturan mengikut Prinsip Aufbau.

2. Larangan Pauli

Setiap susunan elektron dapat mengisi dari tahap tenaga orbit terendah hingga tertinggi.

Namun, Pauli menekankan bahawa dalam satu atom tidak mungkin terdiri daripada dua elektron yang mempunyai nombor kuantum yang sama. Setiap orbit hanya dapat dihuni oleh dua jenis elektron yang mempunyai putaran berlawanan.

3. Peraturan Hund

Sekiranya elektron mengisi pada tahap tenaga orbital yang sama, maka peletakan elektron bermula dengan mengisi elektron putar terlebih dahulu di setiap orbit bermula dengan tahap tenaga rendah. Kemudian teruskan dengan pengisian putaran.

Konfigurasi elektron juga sering dipermudah dengan unsur-unsur gas jarang seperti yang ditunjukkan di atas.

Selain itu, terdapat juga anomali dalam konfigurasi elektron seperti pada subkulit d. Pada subkulit d, elektron cenderung separuh penuh atau diisi sepenuhnya. Oleh itu, konfigurasi atom Cr mempunyai konfigurasi ₂₄ Cr: [Ar] 4s13d5.

Contoh masalah

Berikut adalah beberapa contoh soalan supaya anda dapat memahami nombornya dengan lebih baik. kuantum

Contoh 1

Elektron mempunyai nilai nombor kuantum utama (n) = 5. Tentukan setiap bil. kuantum lain?

Jawapan

 Nilai n = 5
Nilai l = 0,1,2, dan 3
Nilai m = antara -1 dan +1
Untuk nilai l = 3, nilai m = - 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Contoh 2

Cari konfigurasi elektron dan gambarajah elektron bagi atom unsur ₃₂ Ge

Jawapan

₃₂ Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 atau [Ar] 4s2 3d10 4p2

Contoh 3

Cari konfigurasi elektron dan gambarajah elektron ion ₈ O2−

Jawapan

₈ O2−: 1s2 2s2 2p6 atau [He] 2s2 2p6 atau [Ne] (2 elektron ditambah: 2s2 2p4 + 2)

Contoh 4

Tentukan nombor kuantum utama, azimuth, dan magnetik yang mungkin dimiliki oleh elektron yang menduduki sub-tahap tenaga 4d.

Jawapan

n = 4 dan l = 3. Jika l = 2 maka m = -3-2, -1, 0, +1, + 2 + 3 +

Contoh 5

Tentukan bil. unsur kuantum ₂₈ Ni

Jawapan

₂₈ Ni = [Ar] 4s2 3d8