Основно съдържание
Физика – 12. клас (България)
Курс: Физика – 12. клас (България) > Раздел 3
Урок 1: Вълни и кванти- История на атомната химия
- Материя, елементи и атоми
- Енергия на фотон
- Импулс на фотон
- Дължина на вълната на дьо Бройл
- Квантова вълнова функция
- Модел на Бор за строежа на водородния атом
- Квантово-механичен модел на атома
- Принцип на неопределеността на Хайзенберг
- Квантови числа
- Квантови числа за първите четири енергийни нива
- Защо теорията за строежа на атома не работи при твърди тела
- Зонна теория за твърдото тяло
- Проводници, изолатори и полупроводници
© 2023 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки
Квантови числа за първите четири енергийни нива
Изчисляване на броя на орбиталите и броя на електроните в различни видове орбитали за n = 1 до 4. Обяснение на това, че само две електрона са разрешени на орбитала и лесни начини за изчисляване на броя на орбиталите и общия брой електрони за дадено n. Създадено от Джей.
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.
Видео транскрипция
Сега, когато разбираме
четирите квантови числа, нека се упражняваме с използването
на квантови числа и да помислим за първите
четири слоя, първите четири енергийни нива. Ще започнем с n = 1. Когато n = 1, главното квантово
число е равно на 1. Говорим за първото енергийно
ниво или първи електронен слой. Квантовото число на ъгловия момент
зависи от главното квантово число, затова когато n = 1... Нека помислим за позволените
стойности за l. l преминава от 0, 1 и до n – 1. n – 1, ако n = 1, като извадим 1, 1 - 1 = 0. И това е единствената
позволена стойност за квантовото число
на ъгловия момент. Знаем, че l = 0 се отнася
за s-орбитала. Тук говорим за s-орбитала. Следващото квантово число е магнитното квантово число. ml. Магнитното квантово число зависи от квантовото число
на ъгловия момент и преминава от –l до +l. Ако l = 0, получаваме само една стойност
за магнитното квантово число. Ако l = 0, единствената
възможна стойност е 0. И, помни, това ни
казва ориентацията. Имаме само една възможна
ориентация. Имаме само една s-орбитала. Тук има една s-орбитала. Знаем, че s-орбиталата е
с форма на сфера. Помни, една орбитала е областта, в която е най-вероятно
да намериш електрон. Има общо една орбитала
в първото енергийно ниво и можеше да получиш това,
като използваш n^2. Когато n = 1, 1^2 = 1. Това е общият брой орбитали, които ще намериш
в първото енергийно ниво. Нека преминем към
електроните в орбиталата. Можеш да побереш максимум
два електрона в една орбитала. Четвъртото квантово
число ни казва, че спинът на един електрон може
или да е +1/2, или да е -1/2. И ако имаш два електрона
в една орбитала, един електрон има спин
от +1/2 и един електрон има спин
от -1/2. Има максимум два електрона
в една орбитала, имаме максимум два електрона
в една s-орбитала в първото енергийно ниво. И след като това е
единствената орбитала в това енергийно ниво
или в този слой, тогава това е също и общият брой
електрони в обвивката. Общият брой електрони
е равен на 2. И можеше да получиш така,
като използваш 2n^2. Ако n=1, 1^2 = 1 и умножаваме по 2,
като получаваме 2. Това е първото енергийно ниво
или първият електронен слой. Нека преминем към
вторият електронен слой. Това е когато n = 2. Ако n = 2, главното квантово число
е равно на 2, какви са позволените стойности на
квантовото число на ъгловия момент? Започваш с 0 и преминаваш
чак до n – 1. Започваме с 0, n – 1, това ще е 2 – 1, което е 1. Преминаваме от 0 и стигаме до 1 и после трябва да спрем. Има само две позволени стойности за квантовото число
на ъгловия момент. Ако имаш n = 2, тогава тук получаваш
две позволени стойности. Вече говорихме
какво означава l = 0. l = 0 се отнася за s-орбитала. Има една s-орбитала. Във второто енергийно ниво има друга s-орбитала. Тя е различна от s-орбиталата
в първото енергийно ниво, за която току-що говорихме. Тоест тук има друга s-орбитала. Тя също е с форма на сфера. Това, което начертах тук,
е подвеждащо. Начертах това малко по-малко
от предишното. Помни, когато n = 2, тогава си
по-надалеч. Средно, електронът
е по-отдалечен от ядрото тук. l = 0 и ако l = 1, какви са позволените стойности
за магнитното квантово число? Помни, магнитното квантово число е от –l до +l. -l ще е -1, а после ще включим 0 и след това стигаме до +1. Има три възможни стойности за магнитното квантово число. 1, 2, 3, магнитното квантово число ни казва ориентацията. Тоест има три различни
ориентации. И говорихме за l = 1, което
се отнася за p-орбитала, която е с форма на дъмбел. Имаме три различни ориентации, имаме три различни р-орбитали във второто енергийно ниво. Една от тях е по оста х, една е
по оста у и една е по оста z. Говорихме за това
в предишното видео. Тук има общо три р-орбитали. Колко орбитали има
във второто енергийно ниво? Имаме една s-орбитала
и три р-орбитали. 1 + 3 ни дава 4. Можехме да направим
тези изчисления. n = 2, тоест 2n^2, което ни дава 4. Нека сега се заемем
с електроните. Нека се върнем обратно
към s-орбиталата тук. Помни, има една орбитала, като можем да поберем максимум
два електрона в една орбитала. За р-орбиталите – имаме три
р-орбитали. Ако всяка р-орбитала има
максимум два електрона, 3*2 ни дава 6, така че имаме общо осем
електрона във второто енергийно ниво. 8 електрона и можем отново
да получим това от 2n^2. Понеже, ако n = 2, повдигаме това
на квадрат и получаваме 4, а после умножаваме това
по 2 и получаваме 8. Нека преминем към третото
енергийно ниво или трети слой. Когато n = 3, какви са
позволените стойности за квантовото число
на ъгловия момент l? Помни, l преминава от 0 до n – 1. l преминава от 0 до n – 1. l = 0, l =1 и l = 2, понеже 3 - 1 = 2, така че ако имаме n = 3, тогава имаме
три възможни стойности за l. 0, 1 и 2. Вече говорихме
какво означава l = 0. l = 0 е s-орбитала
и има една такава. l = 1 е р-орбитала и позволените стойности
за магнитното квантово число са 3, така че можем да имаме 3 р-орбитали
в третото енергийно ниво. Нека се фокусираме върху l = 2. Когато l = 2, какви са позволените стойности
за магнитното квантово число? Те преминават от -l до +l. Ако l = 2... ще използвам
различен цвят. Ако l = 2, можем да имаме
-2, -1, 0, 1 и 2. Това са общо
1, 2, 3, 4, 5 стойности. 5 различни ориентации
за тази орбитала. И когато l = 2, наричаме това
d-орбитала. 5 различни ориентации,
тоест 5 d-орбитали. Ще запиша 5 тук. Общият брой орбитали, които
ще имаме в това енергийно ниво, те ще са 1 + 3 + 5, тоест това е 9, което можехме да получим от 3^2. Общият брой орбитали
е равен на n = 2. Ако n = 3 , 3^2 ни дава 9. Колко електрона
можем да съберем във всяка една от тези орбитали? Нека отново
да използвам различен цвят. Имаме s-орбиталата – една такава – и можем да съберем максимум
два електрона в тази s-орбитала. За р-орбиталите в третото енергийно
ниво – имаме 3 такива – всяка от тези орбитали може
да побере максимум 2 електрона. 3*2 ни дава 6. И после стигаме до d-орбиталите. 5 d-орбитали. Всяка една от тях може да побере
максимум 2 електрона. 5*2 ни дава 10. Какъв е общият брой електрони, които можем да съберем
в третия електронен слой тук? Това ще са 2 + 6 + 10,
това е 18. И, отново, можехме да използваме
тази малка формула тук. 2n^2, тоест ако n = 3, повдигаме това
и получаваме 9*2, а това ни дава 18. Нека направим още един пример
и преди да направя това – вече говорихме за формата
на една s-орбитала, говорихме за формата
на една р-орбитала, когато навлезеш в неща
като d-орбитали, нещата започват да стават
малко по-сложни и ми е малко трудно
да начертая това. Няма да опитвам да начертая
всички d-орбитали в петте различни ориентации, така че нека просто
преминем към n = 4. Преписах това, което имахме тук. Търсим n, сега ще търсим n = 4. Какви са позволените
стойности за l? Това е от 0 чак до n – 1. l = 0, l = 1, l = 2 и после n – 1,
това е 4 – 1 = 3. Това е последната позволена
стойност за l, квантовото число
на ъгловия момент. Отново, ако тук имаш 4,
получаваш 4 позволени стойности. Добре, когато l = 0, казахме,
че това е s-орбитала. Когато l = 1, казахме, че това
беше р-орбитала. Когато l = 2, наричаме
това d-орбитала. И когато l = 3, това ще наричаме
f-орбитала. s, p, d и f произлизат
от старата номенклатура, използвана в атомната
спектроскопия, и това е един вид... Не се използва повече, но s мисля,
че е означавало остър (sharp) и оттам идват тези букви. Използвали сме ги, за да
означим орбиталите и различните форми тук. Една s-орбитала е
с форма на сфера, знаем, че имаме една такава. Една р-орбитала има форма на
дъмбел и знаем, че имаме 3 такива. d-орбитали – току-що говорихме
за факта, че имаме 5 такива. 5 различни възможни стойности
за магнитното квантово число. Имаме 5 d-орбитали в четвъртото
енергийно ниво и накрая имаме f. f-орбитала е, когато l = 3. Какви са позволените стойности за магнитното квантово число? ml, какви са позволените стойности? Те преминават от –l до +l. Ако l = 3 – ще използвам
различен цвят. Ако l = 3, можем да получим
-3, -2, -1, 0, 1, 2 и 3. За колко различни орбитали
говорим сега? Това ще са 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. 7 f-орбитали в четвъртото
енергийно ниво. Максималният брой електрони
в орбиталата... Имаме само 1. Какъв цвят да използвам тук? Нека използвам пурпурно. Имам 1 s-орбитала, максимум
2 електрона. Тук има 2 електрона. 3 р-орбитали, 2*3 е 6. 5 d-орбитали в четвърти
електронен слой или четвъртото енергийно ниво. 5*2 ни дава 10. И говорихме за f-орбитали, които ми е прекалено
трудно да нарисувам, така че можеш да намериш някои
хубави картинки на f-орбитали онлайн или от учебника си. Ако имаме 7 f-орбитали, 7*2 ни дава общо 14, така че можем да имаме максимум
14 електрона в f-орбиталите. Колко имаме общо? Нека съберем тези. 2 + 6 + 10 + 14, това е 32. Има 32 електрона в четвъртия
електронен слой, в четвъртото електронно ниво. И, отново, можехме да използваме
формулата си. 2n^2, тоест когато n = 4, повдигаме
това на квадрат и получаваме 16. Умножаваме това по 2
и получаваме 36. И се надявам, че това
ти дава малко опит в работата с квантови числа. Това е много полезно упражнение. Просто седни и помисли как квантовите числа
зависят едно от друго. l зависи от n. ml, магнитното квантово число,
зависи от това. И това ще ти позволи да разбереш
периодичната таблица и електронните конфигурации.