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,… ).
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.
Elektronların
açısal momentumları:
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.
İlk Dört Kabuk İçin Kuantum
Sayıları Kombinasyonları
(n = 4’e kadar n, l, ve ml
değerleri arasındaki ilişki)
n
|
l
|
Alt kabuk*
|
ml
|
Alt kabuk
orbital sayısı
|
Kabuk toplam
orbital sayısı
|
|
K
|
1
|
0
|
1s
|
0
|
1
|
1
|
L
|
2
|
0
|
2s
|
0
|
1
|
|
1
|
2p
|
1, 0, -1
|
3
|
4
|
||
M
|
3
|
0
|
3s
|
0
|
1
|
|
1
|
3p
|
1, 0, -1
|
3
|
|||
2
|
3d
|
2, 1, 0, -1, -2
|
5
|
9
|
||
N
|
4
|
0
|
4s
|
0
|
1
|
|
1
|
4p
|
1, 0, -1
|
3
|
|||
2
|
4d
|
2, 1, 0, -1, -2
|
5
|
|||
3
|
4f
|
3, 2, 1, 0, -1,
-2,-3
|
7
|
16
|
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
Hidrojen
Atomu
Schrodinger eşitliğinin hidrojen atomu için çözümünde
uzam geometrisinden üç elektron spinlerden bir olmak üzere dört kuantum
sayısıyla karşılaşılır. Pauli dışlama prensibine göre iki elektron aynı kuantum
sayısına sahip olamaz; yani, kuantum sayıları elektronların sayılarına göre
sınırlanmıştır.
Şekil-5: üç uzamsal kuantum sayısıyla üç küresel koordinat
