Contenu
- Nombre quantique principal
- Nombre quantique angulaire
- Nombre quantique magnétique
- Nombre quantique de spin
Les nombres quantiques sont des valeurs décrivant l’énergie ou l’état énergétique de l’électron d’un atome. Les chiffres indiquent le spin, l’énergie, le moment magnétique et le moment angulaire d’un électron. Selon l’Université Purdue, les nombres quantiques proviennent du modèle de Bohr, de l’équation d’onde Hw = Ew de Schrödinger, des règles de Hund et de la théorie orbitale de Hund-Mulliken. Pour comprendre les nombres quantiques décrivant les électrons d'un atome, il est utile de se familiariser avec les termes et principes associés de physique et de chimie.
Nombre quantique principal
Les électrons tournent dans des coquilles atomiques appelées orbitales. Caractérisé par «n», le nombre quantique principal identifie la distance entre le noyau d'un atome et un électron, la taille de l'orbitale et le moment angulaire azimutal, qui est le deuxième nombre quantique représenté par «ℓ». Le nombre quantique principal décrit également l'énergie d'une orbitale, car les électrons sont dans un état de mouvement constant, ont des charges opposées et sont attirés par le noyau. Les orbitales où n = 1 sont plus proches du noyau d’un atome que celles où n = 2 ou un nombre plus élevé. Lorsque n = 1, un électron est dans un état fondamental. Lorsque n = 2, les orbitales sont dans un état excité.
Nombre quantique angulaire
Représenté par «ℓ», le nombre quantique angulaire ou azimutal identifie la forme d'une orbite. Il vous indique également quelle couche de coque atomique ou suborbitale, vous pouvez trouver un électron dedans. L'Université de Purdue dit que les orbitales peuvent avoir des formes sphériques où ℓ = 0, des formes polaires où = 1 et des formes à trèfles où = 2. Une forme en feuille de trèfle à pétale supplémentaire est définie par = 3. Les orbitales peuvent avoir des formes plus complexes avec des pétales supplémentaires. Les nombres quantiques angulaires peuvent avoir n'importe quel entier compris entre 0 et n-1 pour décrire la forme d'une orbitale. Lorsqu'il y a des sous-orbitales, ou des sous-coques, une lettre représente chaque type: «s» pour = 0, «p» pour = 1, «d» pour = 2 et «f» pour = 3. Les orbitales peuvent avoir plus de sous-coquilles qui donnent un nombre quantique angulaire plus grand. Plus la valeur de la sous-coque est grande, plus elle est activée. Lorsque ℓ = 1 et n = 2, le sous-shell est 2p car le nombre 2 représente le nombre quantique principal et p représente le sous-shell.
Nombre quantique magnétique
Le nombre quantique magnétique, ou "m", décrit l’orientation d’une orbitale basée sur sa forme () et son énergie (n). Dans les équations, vous verrez le nombre quantique magnétique caractérisé par la lettre minuscule M avec un indice, m_ {ℓ}, qui indique l’orientation des orbitales dans un sous-niveau. La Purdue University indique que vous avez besoin du nombre quantique magnétique pour toute forme qui n'est pas une sphère, où = 0, car les sphères n'ont qu'une seule orientation. D'autre part, les "pétales" d'une orbitale de forme trèfle ou polaire peuvent faire face à des directions différentes, et le nombre quantique magnétique indique leur orientation. Au lieu d'avoir des nombres entiers positifs consécutifs, un nombre quantique magnétique peut avoir des valeurs intégrales de -2, -1, 0, +1 ou +2. Ces valeurs divisent les sous-couches en orbitales individuelles qui portent les électrons. De plus, chaque sous-shell a 2ℓ + 1 orbitales. Par conséquent, la sous-couche s, qui correspond au nombre quantique angulaire 0, a une orbitale: (2x0) + 1 = 1. La sous-coque d, qui correspond au nombre quantique angulaire 2, aurait cinq orbitales: (2x2) + 1 = 5.
Nombre quantique de spin
Le principe d’exclusion de Pauli dit qu’il n’ya pas deux électrons qui peuvent avoir les mêmes valeurs n, ℓ, m ou s. Par conséquent, seul un maximum de deux électrons peut être dans la même orbitale. Lorsqu'il y a deux électrons dans la même orbitale, ils doivent tourner dans des directions opposées, car ils créent un champ magnétique. Le nombre quantique de spin, ou s, est la direction dans laquelle un électron tourne. Dans une équation, ce nombre peut être représenté par une lettre minuscule m et une lettre minuscule en indice s, ou m_ {s}. Puisqu'un électron ne peut tourner que dans deux sens - horaire ou anti-horaire - les nombres qui représentent s sont +1/2 ou -1/2. Les scientifiques peuvent qualifier le spin de "up" dans le sens anti-horaire, ce qui signifie que le nombre quantique de spin est +1/2. Lorsque le spin est "en panne", sa valeur m_ {s} est égale à -1/2.