Zawodny “wzór” na poboczną liczbę kwantową

Uczniowie chemii dzielą się na dwie grupy: ci, którzy lubią wzory oraz ci, którzy wolą rozumieć z czego coś wynika. Ja nie lubię wzorów i unikam ich na zajęciach, które prowadzę.

Czy znacie “wzór”

l = n – 1

gdzie “n” oznacza główną liczbę kwantową, a “l” poboczną liczbę kwantową?

Być może nie raz używaliście go przy zadaniach dotyczących konfiguracji elektronowej. Pewnie czasem działał i pomagał Wam obliczyć poprawną wartość. Jednak dziś śpieszę z przestrogą:

Przedstawiony wzór na poboczną liczbę kwantową nie istnieje!

Jak to możliwe, że istnieje “wzór” na poboczną liczbę kwantową, którego nie ma?

Najpewniej ten “wzór” powstał przez błędną interpretację. Chodzi o to, że poboczna liczba kwantowa (l) może przyjmować wartości od 0 do n – 1. Jednak nie wynika z tego, że jej wartość dla opisywanego elektronu wynosi l = n – 1.

Dlatego dziś pokażę Wam jak poprawnie poradzić sobie z zadaniami dotyczącymi konfiguracji, a właściwie liczb kwantowych.

Czym są liczby kwantowe?

Liczby kwantowe to takie wartości, które opisują jaki stan kwantowy ma dany elektron w danym atomie (to pojęcie z mechaniki kwantowej). W jednym atomie nie mogą istnieć dwa elektrony o takim samym stanie kwantowym – muszą się różnić wartością przynajmniej jednej liczby kwantowej.

Główna liczba kwantowa oznaczana jako “n” wskazuje na numer powłoki, na której znajduje się opisywany przez nas elektron oraz określa jego odległość od jądra atomowego, czyli wielkość orbitalu.

Poboczna liczba kwantowa “l” określa numer podpowłoki, na której zlokalizowany jest ten elektron, czyli określa kształt orbitalu.

Jakie zadanie możecie dostać na maturze dotyczące liczb kwantowych? Na przykład:

Czy wiecie jak rozwiązać to zadanie? Najpierw należy uważnie przeczytać polecenie (o tym tutaj)! Następnie rozszyfrować jakiego pierwiastka dotyczy zapisana skrócona konfiguracja elektronowa. W tym wypadku jest to konfiguracja elektronowa kobaltu. Dlaczego? Zrozumieć to pomoże Wam lekcja o konfiguracjach elektronowych. Kolejnym krokiem jest zastanowienie się gdzie leżą niesparowane elektrony podanego pierwiastka. Niesparowane elektrony kobaltu leżą na podpowłoce 3d, dlatego główna liczba kwantowa wynosi 3. Przyszedł czas na gwiazdę dzisiejszego artykułu: wartość pobocznej liczby kwantowej.

Żeby określić wartość pobocznej liczby kwantowej nie używaj “wzoru”. Zamiast tego zapamiętaj jakie wartości odpowiadają konkretnym podpowłokom.

Pomoże Ci w tym tabela:

Powyższa tabela potwierdza, że poboczna liczba kwantowa może przyjmować wartości od 0 do n -1. Czyli jeżeli opisywany elektron leży na powłoce:

• pierwszej, to “l” przyjmuje wartość 0
• drugiej, to “l” może przyjmować wartości 0 i 1
• trzeciej, to “l” może przyjmować wartości 0, 1 i 2
• czwartej, to “l” może przyjmować wartości 0, 1, 2 i 3

Pokażę Wam przykład, gdzie ten nieszczęsny “wzór” wprowadza Was w błąd:

Dlatego aby rozwiązać to zadanie, wystarczy spojrzeć do tabelki (którą powinniście zapamiętać). Wyciągamy wnioski na podstawie informacji w niej zawartych – to już ostatni krok do rozwiązania zadania.

Elektrony niesparowane w atomie kobaltu znajdują się na podpowłoce d. Zatem dla każdego z nich poboczna liczba kwantowa wynosi 2.

Voilà, mamy to! Zadanie gotowe! Teraz wystarczy wpisać te wartości do tabelki.

Podsumowując: określanie liczb kwantowych wcale nie jest takie trudne, prawda? Tym bardziej teraz, kiedy znacie na to łatwy i niezawodny sposób! Jeśli jesteście ciekawi jakie rady mam dla Was i chcecie zrozumieć chemię, zapraszam Was do odwiedzenia mojego kursu maturalnego z chemii. Do zobaczenia!