أعداد الكم

تُسمى مجموعة الأعداد المستخدمة لوصف موضع وطاقة الإلكترون في الذرة بأعداد الكم . وهناك أربعة أعداد للكم ، وهي عدد الكم الرئيسي والثانوي والمغناطيسي والمغزلي.

1-عدد الكم الرئيسي ، n، :

• يُشار إلى أعداد الكم الرئيسية بالرمز ‘n’. وهي تشير إلى الغلاف الإلكتروني الرئيسي للذرة. ونظرًا لأن المسافة الأكثر احتمالية بين النواة والإلكترونات يتم وصفها بها، فإن القيمة الأكبر لعدد الكم الرئيسي تعني مسافة أكبر بين الإلكترون والنواة (وهو ما يعني بدوره حجمًا ذريًا أكبر).
• يمكن أن تكون قيمة العدد الكمي الرئيسي أي عدد صحيح بقيمة موجبة تساوي أو تفوق الواحد. تشير القيمة n=1 إلى الغلاف الإلكتروني الداخلي للذرة، والذي يتوافق مع أدنى حالة طاقة (أو الحالة الأساسية) للإلكترون.
• وهكذا، يمكن فهم أن العدد الكمي الرئيسي، n، لا يمكن أن يكون له قيمة سالبة أو يساوي الصفر لأنه من غير الممكن أن يكون للذرة قيمة سالبة أو ليس لها قيمة بالنسبة للغلاف الرئيسي.
• عندما يتم ضخ الطاقة إلى إلكترون معين (حالة مثارة)، يمكن ملاحظة أن الإلكترون يقفز من غلاف أساسي إلى غلاف أعلى، مما يتسبب في زيادة قيمة n. وبالمثل، عندما تفقد الإلكترونات الطاقة، فإنها تقفز مرة أخرى إلى أغلفة أدنى وتنخفض قيمة n أيضًا.
• تُسمى الزيادة في قيمة n للإلكترون بالامتصاص، مما يؤكد امتصاص الإلكترون للفوتونات أو الطاقة. وبالمثل، يُسمى الانخفاض في قيمة n للإلكترون بالانبعاث، حيث تُصدر الإلكترونات طاقتها.

2- عدد الكم الثانوي ‘l’:

• يصف الرقم الكم الثانوي شكل مدار معين. يُشار إليه بالرمز ‘l’ وقيمته تساوي العدد الإجمالي للعقد الزاوية في المدار.
• يمكن لقيمة عدد الكم الثانوي أن تشير إلى غلاف فرعي s أو p أو d أو f يختلف في الشكل. تعتمد هذه القيمة على  قيمة عدد الكم الرئيسي، أي أن قيمة عدد الكم الثانوي تتراوح بين 0 و(n-1).
• على سبيل المثال، إذا كان n = 3، يمكن أن يأخذ عدد الكم الثانوي القيم التالية  0 و1 و2. عندما يكون l = 0، تكون الغلاف الفرعي الناتج غلافًا فرعيًا ‘s’. وبالمثل، عندما يكون l = 1 وl = 2، تكون المستويات الفرعية الناتجة غلافين فرعيين ‘p’ و‘d’ (على التوالي). لذلك، عندما يكون n = 3، تكون المستويات الفرعية الثلاثة المحتملة هي 3s و3p و3d.

3-عدد الكم المغناطيسي ‘m _l ‘:

هو ما يمثل اتجاه المدار الذري في الفضاء . يتم تحديد العدد الإجمالي للمدارات في الغلاف الفرعي واتجاه هذه المدارات بواسطة عدد الكم المغناطيسي. يُشار إليه بالرمز ‘m _l ‘.

تعتمد قيمة عدد الكم المغناطيسي على قيمة عدد الكم الثانوي . بالنسبة لقيمة معينة لـ l، تتراوح قيمة m _l بين الفترة -l إلى +l. وبالتالي، فهي تعتمد بشكل غير مباشر على قيمة n.

على سبيل المثال، إذا كان n = 4 و l = 3 في الذرة، فإن القيم الممكنة للعدد الكمي المغناطيسي هي -3، -2، -1، 0، +1، +2، و +3.

العدد الإجمالي للمدارات في غلاف فرعي معين هو دالة لقيمة ‘l’ لذلك المدار. ويعطى بالصيغة (2l + 1).

على سبيل المثال، يحتوي الغلاف الفرعي ‘3d’ (n=3، l=2) على 5 مدارات (2*2 + 1). يمكن لكل مدار أن يستوعب إلكترونين. وبالتالي، يمكن للغلاف الفرعي 3d أن يستوعب إجمالي 10 إلكترونات.

4- عدد الكم المغزلي للإلكترون m s :

• رقم الكم لدوران الإلكترون مستقل عن قيم n وl و _ml . تعطي قيمة هذا الرقم نظرة ثاقبة للاتجاه الذي يدور فيه الإلكترون، ويُشار إليه بالرمز m _s .
• توفر قيمة m _s نظرة ثاقبة إلى الاتجاه الذي يدور فيه الإلكترون. القيم المحتملة لرقم الكم المغزلي للإلكترون هي +½ و-½.
• القيمة الموجبة لـ m _s تعني دورانًا تصاعديًا للإلكترون، والذي يُطلق عليه أيضًا “دوران لأعلى” ويُشار إليه بالرمز ↑. إذا كانت قيمة m _s سالبة، يُقال إن الإلكترون المعني له دوران لأسفل، أو “دوران لأسفل”، والذي يُشار إليه بالرمز ↓.

المراجع:

1- موقع  https://byjus.com/chemistry/quantum-numbers/ أطلعت عليه بتاريخ 20/9/2024.

2- موقع https://www.toppr.com/guides/chemistry/structure-of-atom/quantum-numbers/ أطلعت عليه بتاريخ 20/9/2024.

3- موقع https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/10%3A_Multi-electron_Atoms/Quantum_Numbers_for_Atoms أطلعت عليه بتاريخ 20/9/2024.

4- موقع https://app.jove.com/science-education/v/11303/concepts/quantum-numbers  أطلعت عليه بتاريخ 20/9/2024.