Химията е най-вече изследването на електронните взаимодействия между атомите и молекулите. Разбиране на поведението на електроните в атом, като напр Принцип на Aufbau, е важна част от разбирането химична реакция. Ранни атомни теории използва идеята, че електронът на атома следва същите правила като мини слънчева система, където планетите са електрони, обикалящи около орбитно централно слънце. Привлекателните електрически сили са много по-силни от гравитационните сили, но следват същите основни правила на обратния квадрат за разстояние. Ранните наблюдения показаха, че електроните се движат повече като облак, заобикалящ ядрото, а не като отделна планета. Формата на облака, или орбиталната, зависи от количеството енергия, т.е. ъглова инерция и магнитен момент на отделния електрон. Свойствата на атома конфигурация на електрон са описани от четири квантови числа: н, ℓ, m, и с.
Първо квантово число
Първият е енергийното ниво квантово число, н. В орбита орбитите с по-ниска енергия са близо до източника на привличане. Колкото повече енергия давате на тяло в орбита, толкова по-далеч ще излезе. Ако дадете на тялото достатъчно енергия, то ще напусне системата изцяло. Същото важи и за електронната орбитала. По-високи стойности на
н означава повече енергия за електрона и съответният радиус на електронния облак или орбитала е по-далеч от ядрото. Стойности на н започнете от 1 и отидете нагоре по цели числа. Колкото по-висока е стойността на n, толкова по-близо са съответните енергийни нива един до друг. Ако към електрона се добави достатъчно енергия, той ще напусне атома и ще остави a положителен йон след себе си.Второ квантово число
Най- второ квантово число е ъгловото квантово число, ℓ. Всяка стойност на н има множество стойности на ℓ, вариращи в стойности от 0 до (n-1). Това квантово число определя "формата" на облак електрон. В химията има имена за всяка стойност на ℓ. Първата стойност ℓ = 0 се нарича орбитала s. s орбиталите са сферични, центрирани върху ядрото. Вторият ℓ = 1 се нарича p орбитала. p орбиталите обикновено са полярни и образуват форма на венчелистче на сълза с точката към ядрото. ℓ = 2 орбитала се нарича d орбитала. Тези орбитали са подобни на p орбиталната форма, но с повече "венчелистчета" като детелина. Те могат да имат и форми на пръстени около основата на венчелистчетата. Извиква се следващата орбитала ℓ = 3 f орбитала. Тези орбитали обикновено изглеждат подобни на d орбитали, но с още повече „венчелистчета“. По-високи стойности на ℓ имат имена, които следват по азбучен ред.
Трето квантово число
Третото квантово число е магнитното квантово число, m. Тези числа бяха открити за първи път при спектроскопия, когато газообразните елементи бяха изложени на магнитно поле. Спектралната линия, съответстваща на определена орбита, ще се раздели на няколко линии, когато магнитното поле ще бъде въведено през газа. Броят на разделените линии ще бъде свързан с ъгловото квантово число. Тази връзка показва за всяка стойност на ℓ, съответстващ набор от стойности на m намира се от -ℓ до ℓ. Това число определя ориентацията на орбитата в пространството. Например, p орбитали съответстват на ℓ = 1, може да има m стойности -1,0,1. Това би представлявало три различни ориентации в пространството за двойните венчелистчета на p орбиталната форма. Те обикновено се определят като pх, стрш, стрZ да представят осите, с които се подравняват.
Четвърто квантово число
Четвъртото квантово число е спин квантът номер, с. Има само две стойности за с, + ½ и -½. Те се наричат също „въртене нагоре“ и „въртене надолу“. Това число се използва за обяснение на поведението на отделни електрони, сякаш те се въртят по посока на часовниковата стрелка или обратно. Важната част от орбиталите е фактът, че всяка стойност на m има два електрона и се нуждае от начин да ги разграничи един от друг.
Отношение квантови числа към електронни орбитали
Тези четири числа, н, ℓ, m, и с може да се използва за описване на електрон в стабилен атом. Квантовите числа на всеки електрон са уникални и не могат да бъдат споделени от друг електрон в този атом. Това свойство се нарича Принцип на изключване на Паули. Стабилният атом има толкова много електрони, колкото и протоните. Правилата, които електроните следват, за да се ориентират около своя атом, са прости, след като се разбират правилата, управляващи квантовите числа.
За преглед
- н може да има стойности за цялото число: 1, 2, 3, ...
- За всяка стойност на н, ℓ може да има цели числа от 0 до (n-1)
- m може да има всяка стойност на цялото число, включително нула, от -ℓ до + ℓ
- с може да бъде или ½ или -½