Хемија је углавном истраживање електронских интеракција између атома и молекула. Разумевање понашања електрона у атому, као што су Ауфбау принцип, важан је део разумевања хемијске реакције. Ране атомске теорије искористио је идеју да електрон једног атома следи иста правила као мини соларни систем где су планете електрони кружили око централног протонског сунца. Електричне привлачне силе много су јаче од гравитационих сила, али следе иста основна инверзна квадратна правила за растојање. Рана запажања показала су да се електрони крећу више као облак који окружује језгро, а не као појединачна планета. Облик облака, или орбитала, зависио је од количине енергије, момент импулса и магнетни момент појединог електрона. Својства атома електронска конфигурација описују их четири квантни бројеви: н, ℓ, м, и с.
Први квантни број
Прво је ниво енергије квантни број, н. У орбити су орбите ниже енергије близу извора привлачности. Што више енергије дајете тијелу у орбити, то даље иде и ван. Ако телу дате довољно енергије, он ће у потпуности напустити систем. Исто важи за орбитал електрона. Веће вредности
н значи више енергије за електрон и одговарајући радијус електронског облака или орбитале је даље од језгра. Вредности н започните с бројем 1 и прелазите са бројевима од целих бројева. Што је већа вредност н, ближи су јој одговарајући нивои енергије. Ако се електрону дода довољно енергије, он ће напустити атом и оставити а позитивни јони иза.Други квантни број
Тхе други квантни број је угаони квантни број, ℓ. Свака вредност н има вишеструке вредности ℓ у вредностима од 0 до (н-1). Овај квантни број одређује 'облик' облак електрона. У хемији постоје имена за сваку вредност ℓ. Прва вредност, ℓ = 0 назива се с орбиталом. Орбите су сферичне, центриране у језгру. Други, ℓ = 1 назива се п орбиталом. П орбитале су обично поларне и формирају облик латице сузе са тачком према језгру. ℓ = 2 орбитала се назива д орбитала. Ове орбитале су сличне п орбиталном облику, али с више 'латица' попут дјетелине. Такође могу имати прстенасте облике око базе латица. Следећа орбитала је ℓ = 3 орбитална ф. Те орбитале изгледају слично као д орбитале, али са још више "латица". Веће вредности ℓ имају имена која следе по абецедном реду.
Трећи квантни број
Трећи квантни број је магнетни квантни број, м. Ови бројеви су први пут откривени спектроскопијом када су гасовити елементи били изложени магнетном пољу. Спектрална линија која одговара одређеној орбити поделила би се у више линија када би се магнетно поље увело преко гаса. Број раздвојених линија односио би се на квантни број кутова. Овај однос показује за сваку вредност ℓ, одговарајући скуп вредности м налази се у распону од -ℓ до ℓ. Овај број одређује орбиталну орјентацију у простору. На пример, п орбитале одговара ℓ = 1, може имати м вредности -1,0,1. Ово би представљало три различите оријентације у простору за двоструке латице п орбиталног облика. Обично су дефинисане као стрИкс, стри, стрз да представљају оси по којима се поравнавају.
Четврти квантни број
Четврти квантни број је спин квант број, с. Постоје само две вредности за с, + ½ и ½. Они се такође називају „спин уп“ и „спин довн“. Овај број се користи да се објасни понашање појединих електрона као да се врте у смеру или у супротном смеру. Важан део орбитала је чињеница да свака вредност има м има два електрона и потребан им је начин да их разликују један од другог.
Однос квантних бројева са електронским орбиталима
Ова четири броја, н, ℓ, м, и с може се користити за описивање електрона у стабилном атому. Квантни бројеви сваког електрона су јединствени и не могу их делити други електрони у том атому. Ова некретнина се зове Принцип искључења из Паула. Стабилни атом има онолико електрона колико и протона. Правила која електрони следе да се оријентишу око свог атома су једноставна када се разумеју правила која управљају квантним бројевима.
За преглед
- н може имати вредности читавог броја: 1, 2, 3, ...
- За сваку вредност од н, ℓ може имати целобројне вредности од 0 до (н-1)
- м може имати било коју вредност читавог броја, укључујући нулу, од -ℓ до + ℓ
- с може бити или ½ или -½