Quantenzahlen In der Chemie handelt es sich um Zahlenmengen, die die Umlaufbahn und Bewegung eines Elektrons innerhalb eines Atoms beschreiben. Wenn die Quantenzahlen aller Elektronen in einem bestimmten Atom addiert werden, müssen sie die folgenden Anforderungen erfüllen: Schrödinger-Gleichung .

Quantenzahlen sind Zahlenmengen, mit denen die Position und Energie eines Elektrons in einem Atom beschrieben wird. Es gibt vier Arten von Quantenzahlen: Hauptquantenzahlen, Azimutzahlen, magnetische Zahlen und Spinzahlen. Quantenzahlen stellen die Werte der Erhaltungsgrößen eines Quantensystems dar.

Lassen Sie uns in diesem Artikel alle Quantenzahlen im Detail kennenlernen.

Inhaltsverzeichnis

• Was sind Quantenzahlen?
• Arten von Quantenzahlen
• Bedeutung von Quantenzahlen
• Atomorbital
• Andere Gesetze im Zusammenhang mit der Position und dem Weg von Elektronen

Was sind Quantenzahlen?

Quantenzahlen sind die Menge konstanter Werte im Quantenansatz. Quantenzahlen oder Elektronische Quantenzahlen Beschreiben Sie ein Elektron mit numerischen Werten, die Lösungen für die Schrödinger-Wellengleichung für Wasserstoffatome liefern. Diese Zahlen können die Position, Energie und Ausrichtung eines Elektrons in einem Atom durch die Zahlenmenge definieren.

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Entsprechend der Pauli-Ausschlussprinzip , dürfen keine zwei Elektronen in einem Atom den gleichen Satz von Quantenzahlen haben. Zur Charakterisierung jeder Quantenzahl wird ein halbzahliger oder ganzzahliger Wert verwendet. Die Haupt-, Azimut- und magnetischen Quantenzahlen hängen jeweils mit der Größe, Form und Ausrichtung des Atoms zusammen.

Vier Quantenzahlen können verwendet werden, um alle Eigenschaften eines bestimmten Elektrons in einem Atom vollständig zu beschreiben; diese sind:

1. Hauptquantenzahl
2. Orbitaldrehimpuls-Quantenzahl (oder Azimut-Quantenzahl).
3. Magnetische Quantenzahl
4. Die Quantenzahl des Elektronenspins

Arten von Quantenzahlen

Vier Quantenzahlen werden verwendet, um alle Eigenschaften eines Elektrons in einem Atom vollständig zu beschreiben. Diese Quantenzahlen sind:

• Hauptquantenzahl (n)
• Azimutale Quantenzahl (l)
• Magnetische Quantenzahl (m_l)
• Elektronenspinquantenzahl (n)

Hauptquantenzahl (n)

Das Symbol „n“ steht für die Hauptquantenzahlen. Sie bezeichnen die primäre Elektronenhülle des Atoms. Da sie den wahrscheinlichsten Abstand zwischen dem Kern und den Elektronen beschreibt, impliziert ein größerer Wert der Hauptquantenzahl einen größeren Abstand zwischen dem Elektron und dem Kern (was wiederum eine größere Atomgröße impliziert).

• Der Wert der Hauptquantenzahl kann eine beliebige ganze Zahl sein, deren positiver Wert größer oder gleich eins ist. Der Wert n=1 bezeichnet die innerste Elektronenhülle eines Atoms, die dem niedrigsten Energiezustand (oder Grundzustand) eines Elektrons entspricht.
• Infolgedessen kann die Hauptquantenzahl n keinen negativen Wert haben oder gleich Null sein, da ein Atom keinen negativen Wert oder keinen Wert für eine Hauptschale haben kann.
• Wenn einem Elektron Energie zugeführt wird (angeregter Zustand), springt das Elektron von einer Hauptschale auf eine höhere Schale, wodurch sich der Wert von n erhöht.
• In ähnlicher Weise kehren Elektronen, wenn sie Energie verlieren, in die unteren Schalen zurück, wodurch sich der Wert von n verringert. Unter Absorption versteht man die Erhöhung des n-Werts für ein Elektron, wobei der Schwerpunkt auf den vom Elektron absorbierten Photonen oder der Energie liegt.
• Ebenso wird eine Abnahme des n-Werts für ein Elektron als Emission bezeichnet, und dabei geben die Elektronen ihre Energie ab.

Azimutale Quantenzahl (l) – Orbitale Drehimpulsquantenzahl

Die azimutale Quantenzahl (oder Bahndrehimpuls) beschreibt die Form eines Orbitals. Er wird durch den Buchstaben „l“ dargestellt und sein Wert entspricht der Gesamtzahl der Winkelknoten im Orbital.

• Ein Wert der azimutalen Quantenzahl kann entweder eine s-, p-, d- oder f-Unterschale bezeichnen, deren Formen variieren.
• Dieser Wert wird durch den Wert der Hauptquantenzahl bestimmt (und begrenzt), d. h. die azimutale Quantenzahl liegt zwischen 0 und (n-1).
• Wenn beispielsweise n = 3, kann die azimutale Quantenzahl drei Werte haben: 0, 1 und 2.
• Wenn l auf Null gesetzt ist, ist die resultierende Unterschale eine „s“-Unterschale.
• Wenn l=1 und l=2, sind die resultierenden Unterschalen „p“- bzw. „d“-Unterschalen.
• Wenn also n = 3, sind die drei Unterschalen, die existieren können, 3s, 3p und 3d. In einem anderen Fall, in dem n = 5, sind die möglichen Werte von l 0, 1, 2, 3 und 4. Wenn l = 3, enthält das Atom drei Winkelknoten.

Magnetische Quantenzahl (m_l)

Die magnetische Quantenzahl bestimmt die Gesamtzahl der Orbitale in einer Unterschale sowie deren Ausrichtung. Es wird durch das Symbol „m“ dargestellt_l.‘ Diese Zahl stellt die Projektion des Drehimpulses des Orbitals entlang einer bestimmten Achse dar.

• Die magnetische Quantenzahl wird durch die azimutale (oder Bahndrehimpuls-)Quantenzahl bestimmt.
• Für einen gegebenen Wert von l ist der Wert von m_lliegt zwischen -l und +l. Dadurch ist sie indirekt vom Wert von n abhängig.
• Wenn beispielsweise n = 4 und l = 3 in einem Atom ist, kann die magnetische Quantenzahl -3, -2, -1, 0, +1, +2 und +3 sein. Die Gesamtzahl der Orbitale in einer bestimmten Unterschale wird durch den „l“-Wert des Orbitals bestimmt.
• Die Berechnung erfolgt nach der Formel (2l + 1). Die „3d“-Unterschale (n=3, l=2) hat beispielsweise 5 Orbitale (2*2 + 1). Jedes Orbital kann zwei Elektronen aufnehmen. Dadurch kann die 3D-Unterschale insgesamt 10 Elektronen aufnehmen.

Elektronenspinquantenzahl (n)

Die Quantenzahl des Elektronenspins ist unabhängig von n, l und m_lWerte. Der Wert dieser Zahl wird mit dem Symbol m bezeichnet_S, gibt die Richtung an, in die sich das Elektron dreht.

• Ihnen_SDer Wert gibt die Richtung an, in der sich das Elektron dreht. Die Quantenzahl des Elektronenspins kann Werte zwischen +1/2 und -1/2 annehmen.
• Ein positiver Wert von m_Sbezeichnet einen Aufwärtsspin des Elektrons, auch Spin-Up genannt.
• Wenn m_Snegativ ist, spricht man von einem Abwärtsspin oder Spin Down des betreffenden Elektrons.
• Der Wert der Elektronenspinquantenzahl bestimmt, ob das jeweilige Atom ein Magnetfeld erzeugen kann oder nicht. Der Wert von m_Slässt sich auf ±½ verallgemeinern.

Bedeutung von Quantenzahlen

Quantenzahlen sind von Bedeutung, da sie dazu verwendet werden können, die Elektronenkonfiguration eines Atoms und den Ort, an dem sich seine Elektronen am wahrscheinlichsten befinden, abzuschätzen. Der Atomradius und die Ionisierungsenergie von Atomen werden neben anderen Eigenschaften auch durch Quantenzahlen bestimmt.

Jede Quantenzahl hat ihre eigene Bedeutung, die in der folgenden Tabelle beschrieben wird:

Atomorbital

Da wir wissen, dass sich Elektronen wie Wellen verhalten, kann die Position des Elektrons im Atom mithilfe der Wellentheorie der Quantenmechanik leicht definiert werden, indem die Schrödinger-Wellengleichung auf dem spezifischen Energieniveau eines Atoms gelöst wird.

Diese Wellenfunktionen, die die Position eines Elektrons innerhalb eines Atoms definieren, werden Atomorbitale genannt. Diese Orbitale sind die Orte mit der höchsten Wahrscheinlichkeit, das Elektron zu finden. Es gibt vier Arten von Orbitalen innerhalb eines Atoms

• s – Orbital
• p – Orbital
• d – Orbital
• f – Orbital

Atomorbitale werden auch als der physische Raum im Atom definiert, in dem die Wahrscheinlichkeit, das Elektron zu finden, am höchsten ist.

Mehr lesen:

• Elektronische Konfiguration von Elementen
• Füllung von Orbitalen im Atom
• Formen von Atomorbitalen

Andere Gesetze im Zusammenhang mit der Position und dem Weg von Elektronen

Drei weitere Regeln und Prinzipien der Chemie helfen uns, die Position, den Weg, die Umlaufbahnen und die Energieniveaus von Elektronen in einem Atom zu verstehen. Diese werden in den folgenden Unterabschnitten besprochen:

Aufbau Principle

Das Aufbau-Prinzip, auch Aufbau-Regel genannt, besagt, dass Elektronen zuerst in Atomorbitale mit niedrigerer Energie und dann in Atomorbitale mit höherer Energie gelangen. Aufbau bedeutet auf Deutsch Aufbau.

NCERT Definition of Aufbau Principle

Im Grundzustand der Atome sind die Orbitale in der Reihenfolge ihrer steigenden Energien gefüllt.

Der Aufbau principle hilft uns herauszufinden, wie sich Elektronen in Atomen oder Ionen anordnen. Beispielsweise wird die 1er-Unterschale vor der 2er-Unterschale gefüllt.

Hier ist die Reihenfolge, in der Elektronen die Orbitale füllen: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p und so weiter. Dieses Füllmuster gilt für jedes Atom.

Für Beispiel , unter Verwendung des Aufbau-Prinzips, die elektronische Konfiguration von Schwefel wird geschrieben als [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Hunds Regel der maximalen Multiplizität

Die Hundsche Regel besagt, dass jedes Orbital in einer Unterebene ein Elektron erhält, bevor eines von ihnen ein zweites erhält. Und alle Elektronen in diesen einfach besetzten Orbitalen haben den gleichen Spin.

NCERT-Definition der Hund’schen Regel

Die Paarung der Elektronen in den Orbitalen derselben Unterschale (p, d oder f) findet erst dann statt, wenn jedes Orbital dieser Unterschale jeweils ein Elektron hat, also einfach besetzt ist.

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Die Hundsche Regel, auch Regel der maximalen Multiplizität genannt, kann dazu führen, dass Atome mehrere ungepaarte Elektronen haben. Diese ungepaarten Elektronen können sich in verschiedene Richtungen drehen und so magnetische Momente in verschiedene Richtungen erzeugen.

Die Hundsche Regel gilt für bestimmte Moleküle, die ungepaarte Elektronen haben.

Pauli-Ausschlussprinzip

Das Pauli-Ausschlussprinzip besagt, dass sich zwei identische Teilchen mit halbzahligen Spins innerhalb eines Systems nicht im selben Quantenzustand befinden können.

NCERT-Definition des Pauli-Ausschlussprinzips

Keine zwei Elektronen in einem Atom können den gleichen Satz von vier Quantenzahlen haben.

ODER

Im selben Orbital dürfen sich nur zwei Elektronen befinden, und diese Elektronen müssen einen entgegengesetzten Spin haben.

In der Chemie ist die Pauli-Ausschlussprinzip sagt uns, dass innerhalb desselben Atoms keine zwei Elektronen alle vier ihrer Quantenzahlen identisch haben können. Das bedeutet, dass höchstens zwei Elektronen das gleiche Orbital besetzen können und dass sie entgegengesetzte Spins haben müssen.

Das Pauli-Ausschlussprinzip legt Grenzen dafür fest, wie viele Elektronen sich in einer Schale oder einer Unterschale befinden können.

Gelöste Fragen zu Quantenzahlen

Fragen 1: Finden Sie alle vier Quantenzahlen des letzten Elektrons des Rubidiums.

Lösung:

Rubidium hat die Ordnungszahl Z = 37.

Elektronische Konfiguration von Rubidium,

1s²2s²14 Uhr⁶3s²15 Uhr⁶3d¹⁰4s²16 Uhr⁶5s¹

Die Valenz des letzten Schalenelektrons beträgt 5s¹

Daher,

Hauptquantenzahl, n = 5,

Azimutale Quantenzahl, l = 0,

Magnetische Quantenzahl, m_l= 0,

Was ist das Linux-Dateisystem?

Spinquantenzahl, s = +1/2

Fragen 2: Nennen Sie die möglichen Werte der magnetischen Quantenzahl für l = 2.

Lösung:

Vorausgesetzt, die azimutale Quantenzahl ist l = 2

Wir wissen das,

M_l= – l bis + l

Daher,

M_l= -2 bis +2

d.h.

M₂= -2, -1, 0, +1, +2

Fragen 3: Finden Sie alle vier Quantenzahlen des letzten Elektrons des Natriums.

Lösung:

Natrium hat die Ordnungszahl Z = 11.

Elektronische Konfiguration von Rubidium,

1s²2s²14 Uhr⁶3s¹

Das letzte Elektron der Valenzschale ist 3s lang¹

Daher,

Hauptquantenzahl, n = 3,

Azimutale Quantenzahl, l = 0,

Magnetische Quantenzahl, m_l= 0,

0,2 als Bruch

Spinquantenzahl, s = +1/2

Fragen 4: Nennen Sie die möglichen Werte der magnetischen Quantenzahl für l = 3.

Lösung:

Vorausgesetzt, die azimutale Quantenzahl ist l = 3

Wir wissen das,

für l = 3,

M_l= – 3 bis + 3

d.h.

m = -3 , -2, -1, 0, +1, +2 +3

Übungsaufgaben für Quantenzahlen-MCQs

Erfahren Sie mehr über die Praxis der Quantenzahlen MCQs zu quantitativen Zahlen

FAQs zu Quantenzahlen

Quantenzahlen definieren.

Die Menge der Zahlen, die verwendet werden, um die Position und Energie der Anzahl der Elektronen in einem Atom zu definieren, werden Quantenzahlen genannt.

Wie viele Quantenzahlen gibt es?

Die vier Quantenzahlen sind:

• Hauptquantenzahl (n)
• Azimutale Quantenzahl (l)
• Magnetische Quantenzahl (m_l)
• Elektronenspinquantenzahl (n)

Welche Quantenzahl gibt die Form eines Orbitals an?

Die Azimutquantenzahl (l), auch Winkelquantenzahl genannt, definiert die Form des Orbitals.

Welche Quantenzahl bestimmt die Orientierung des Orbitals?

Magnetische Quantenzahl (m_l) wird verwendet, um die Ausrichtung des Orbitals im dreidimensionalen Raum darzustellen.

Wie viele Quantenzahlen sind erforderlich, um ein Orbital zu spezifizieren?

Zur Angabe des Orbitals eines Atoms sind drei Quantenzahlen erforderlich:

• Hauptquantenzahl (n)
• Azimutale Quantenzahl (l)
• Magnetische Quantenzahl (m_l)

Welche Quantenzahl bestimmt die Energie des Elektrons?

Die Energie des Elektrons kann leicht anhand der Hauptquantenzahl (n) und der Azimutquantenzahl (l) eines Elektrons bestimmt werden.

Was ist Quantenenergie?

Die Energie von Quantenteilchen (also sehr, sehr kleinen Teilchen) wird Quantenenergie genannt. Eine Möglichkeit zur Messung der Quantenenergie ist die Verwendung von Photonen, der kleinsten Einheit zur Messung der Lichtenergie und der Energie anderer elektromagnetischer Wellen.

Was ist der Spin eines Elektrons?

Der Elektronenspin ist eine Quanteneigenschaft von Elektronen. Es ist eine Form mit Drehimpuls. Als Unterrichtsmethode vergleichen die Dozenten den Elektronenspin mit der Drehung des Planeten um seine eigene Achse alle 24 Stunden. Spin-up tritt auf, wenn sich das Elektron im Uhrzeigersinn um seine Achse dreht; Spin-Down tritt auf, wenn sich das Elektron gegen den Uhrzeigersinn dreht.

What is Aufbau principle?

Aufbau principle ist ein Konzept in der Chemie, das erklärt, wie Elektronen Atomorbitale in einem Atom füllen. Nach diesem Prinzip besetzen Elektronen die Orbitale mit der niedrigsten verfügbaren Energie, bevor sie in Orbitale mit höherer Energie wechseln.

Was ist Hunds Regelklasse 11?

Die Hundsche Regel, die in der Chemie der 11. Klasse oft diskutiert wird, besagt, dass Elektronen einzeln Orbitale desselben Energieniveaus (Unterschale) besetzen, bevor sie sich paaren. Darüber hinaus haben Elektronen in einfach besetzten Orbitalen parallele Spins.

Was ist die Vollform von SPDF?

SPDF steht für die vier Unterebenen oder Orbitale in einem Atom: s, p, d und f. Diese Buchstaben stellen unterschiedliche Formen und Ausrichtungen von Atomorbitalen dar, in denen sich wahrscheinlich Elektronen befinden.

• S: Scharf
• F: Hauptsächlich
• D: diffus
• F: grundlegend

Warum heißt Quantum Quantum?

Der Begriff Quantum leitet sich vom lateinischen Wortbedeutung ab wie viel oder Menge . In der Physik bezeichnet man damit die diskreten und unteilbaren Einheiten, in denen bestimmte physikalische Größen wie Energie und Impuls gemäß der Quantentheorie quantisiert werden. Diese diskreten Einheiten sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Verhaltens von Teilchen auf atomarer und subatomarer Ebene. Daher ist das Gebiet der Quantenphysik nach dem Konzept der Quantisierung benannt.