Sådan bestemmes antallet af elektroner ved hjælp af kvantetal

Af Kylene Arnold – Opdateret 30. august 2022

At beskrive elektronernes tilstande i atomer kan være udfordrende. Uden præcis terminologi er der masser af misforståelser. Fysikere løser dette ved at bruge fire kvantetal, der unikt identificerer hver elektrons orbital. Disse tal afslører også, hvor mange elektroner et atom kan rumme i sin ydre eller valens skal.

TL;DR

For at beregne det samlede elektronantal for et givet sæt kvantetal:1) Tæl de fuldt besatte orbitaler under det primære kvantetal. 2) Tilføj elektronerne i disse fulde orbitaler. 3) Tilføj elektronerne i alle fuldt besatte underskaller op til vinkelkvantetallet. 4) Til den sidste underskal tilføjes to elektroner for hver tilladt magnetisk kvantetalværdi op til den specificerede. Summen er det maksimale antal elektroner atomet kan indeholde.

1. Identificer fulde orbitaler under det primære kvantetal

Det primære kvantetal (n) fortæller dig, hvor mange skaller der er fyldt før den nuværende. Træk en fra n for at finde antallet af helt fyldte nedre skaller.

2. Tæl elektroner i de fulde orbitaler

Hver skal kan rumme et bestemt maksimalt antal elektroner:2 i den første (n=1), 8 i den anden (n=2), 18 i den tredje (n=3), 32 i den fjerde (n=4) og så videre. Sum disse værdier for alle skaller, der er fuldt optaget.

3. Bestem Subshell fra Angular Quantum Number

Vinkelkvantetallet (l) angiver subshelltypen:0 =s, 1 =p, 2 =d, 3 =f. For eksempel svarer l=1 til en p subshell.

4. Tilføj elektroner fra fuldt besatte subshells

For hver underskal under den, der er angivet med l, skal du tilføje dens maksimale elektronkapacitet:s =2, p =6, d =10, f =14. Hvis l=1 (p), skal du tilføje 2 fra s-underskallen. Hvis l=2 (d), skal du tilføje 2 fra s og 6 fra p, i alt 8.

5. Kombiner elektroner fra fulde orbitaler og underskaller

Tilføj tallene fra trin 2 og 4. Dette giver elektronantallet op til den sidste fuldt besatte underskal af den nuværende skal.

6. Evaluer det magnetiske kvantetal

Det magnetiske kvantetal (m) angiver orienteringen af orbitaler inden for en underskal. Det går fra –l til +l. For l=1 er mulige m-værdier –1, 0, +1.

7. Tæl orienteringer op til den specificerede m-værdi

List alle tilladte m-værdier i stigende rækkefølge, og tæl hvor mange der går forud for eller lig med den givne m. Hver orientering kan indeholde to elektroner (spin op og spin ned).

8. Tilføj de resterende elektroner

Multiplicer antallet af talte orienteringer med 2 og tilføj dette til totalen fra trin 5. Resultatet er det maksimale elektronantal for atomet beskrevet af kvantetallene (n, l, m).

Eksempel:For (n=4, l=1, m=0) er der 3 fuldt fyldte skaller (28 elektroner) + 2 elektroner fra s-underskallen (i alt 30). Med l=1 er mulige m-værdier –1, 0, +1; op til m=0 er der to orienteringer, der tilføjer 4 elektroner. Atomet kan rumme 34 elektroner i alt.

Billedkilde:knowlesgallery/iStock/GettyImages