Kuantum Sayıları (quantum numbers)

Modern Atom Teorisine göre, atomdaki elektronların durumları kuantum sayılarıyla açıklanır. Kuantum sayıları baş kuantum sayısı (n), orbital kuantum sayısı (l), magnetik kuantum sayısı (ml) ve spin kuantum sayısı (mS) olarak tanımlanır. n, l ve ml elektronun enerji ve açısal momentum gibi özellikleri belirtir;  spin kuantum sayısı (mS) ise elektronun kendine özgü özelliğini ve davranışını ifade eder.

Baş Kuantum Sayısı (n): Kabuklar: Baş kuantum sayısı elektron bulutunun çekirdeğe olan uzaklığı ile ilgilidir;  atomun enerji seviyelerini gösteren sıfırdan farklı  tamsayılardır (n = 1, 2, 3,… ).

n = 1 ⇒ K                    n = 2 ⇒ L
n = 3 ⇒ M                   n = 4 ⇒ N
n = 5 ⇒ O

Orbital Kuantum Sayısı (l): Alt kabuklar: Orbital kuantum sayısı baş kuantum sayısına bağlıdır. Orbital kuantum sayısı l = 0, 1 , 2, 3 ………. (n – 1)  değerlerini alabilir: örneğin  n = 4  için  l nin en büyük sayısı l = (4 - 1) = 3  olacağına göre  l = 0, 1, 2, 3 olabilir.

l = 0 ⇒ s                     l = 1 ⇒ p
l = 2 ⇒ d                     l = 3 ⇒ f (bak. örnek)

Elektronların açısal momentumları:
             h
Bohr’a göre:                 L= n ¾¾
             2p

Modern fiziğe göre:      L = [l (l + 1) .h]1/2             h = h/2p

 Magnetik Kuantum Sayısı (ml): Magnetik kuantum sayısı 0, ±1, ±2,…, ±l değerlerini alabilir.  Bir dış magnetik alandan elektronun açısal momentumunun etkileşmesi sonucu enerji seviyelerinde tekrar ayrılmalar olur. Bilindiği gibi elektronun çekirdek çevresinde dolanımı küçük bir elektrik akım ilmeği gibi düşünülebilir. Bu durum atomda bir magnetik alan meydana getirir. Dış magnetik alan (diğer elektronların magnetik alan etkisi) açısal momentum vektörünün yönelimini değiştirerek magnetik alan doğrultusundaki izdüşümlerinin alacağı değerler, magnetik kuantum sayısı olarak yazılır. Ömeğin n = 4  durumunda  l nin alacağı en büyük sayı 3, ve  ml değerleri 0, ±1, ±2, ±3 alabilir. Yani n = 4 enerji düzeyi için yedi farkli  l = 3 orbitali mümkündür. Beş tl = 2 orbitali, üç l = 1  orbitali ve bir l = 0 orbitali olabilir; sonuçta:

n = 4 enerji düzeyinde   16 farklı elektron konfigürasyonu olabilir
LZ = ml h

Spin Magnetik Kuantum Sayısı (mS): Elektron çekirdek çevresinde dönerken kendi ekseni etrafında da döner; kendi ekseni etrafındaki dönmeye spin hareketi denir. Spin hareketi elektrona bir açısal momentum kazandırır. Bu durumda dış magnetik alan ile etkileşim açısal momentumun bu dış magnetik alan doğrultusunda iki yönde bileşeni olacak şekildedir. Bunlar alanla aynı yönlü ve alanla zıt yönlüdür. Bu durum elektronun iki zıt yöndeki spin hareketi yapmasından kaynaklanır; spin magnetik kuantum sayısı mS = +1/2 ve mS = –1/2 olabilir; yani,  bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir.

Örnek:

Elektron bulutları atomda elektrik alanları oluşturarak enerji seviyelerinde ayrılmalara neden olur; ayrılmalar alt enerji düzeyleri oluştururlar. Enerji seviyeleri ve açısal momentumun büyüklüğünü orbital kuantum sayısı belirler. Orbital kuantum sayısı l = 0, 1, 2, 3 ………. (n – 1)  değerlerini alabilir: örneğin  n = 4  için:

l = 0 ⇒ s         l = 1 ⇒ p         l = 2 ⇒ d         l = 3 ⇒ f

s orbitaller küreseldir; her enerji seviyesinde 1 tane bulunur;
örnekler: 1s, 2s, 3s, 4s, 5s, 6s, 7s


p orbitaller halter şeklindedir; her enerji seviyesinde 3 tane bulunur;
örnekler: 2p, 3p, 4p, 5p, 6p, 7p


d orbitaller yonca şeklindedir; her enerji seviyesinde 5 tane bulunur;
örnekler: 3d, 4d, 5d, 6d


f orbitaller değişik (acaip) şekillerdedir; her enerji seviyesinde 7 tane bulunur;
örnekler: 4f, 5f, 6f, 7f

(ref. https://chemistry.stackexchange.com/questions/31189/what-is-spdf-configuration)


GERİ