Structure Of Atom (SAQs)

Physical Science | 6. Structure of Atom – SAQs:
Welcome to SAQs in Chapter 6: Structure Of Atom. This page contains the most Important FAQs for Short Answer Questions in this Chapter. Each answer is provided in simple English, with a Telugu explanation, and formatted according to the exam style. This will support your preparation and help you secure top marks in your exams.

SAQ-1 : What would be the electronic configurations of carbon and nitrogen, if we do not follow Hund’s rule? Guess and write.

For Backbenchers 😎

Introduction:

Hund’s Rule is like a traffic rule for electrons, saying they should go into empty seats (orbitals) one by one before doubling up. But what if we break this rule? Let’s see what could happen if we don’t follow Hund’s Rule for elements like carbon and nitrogen.

Hypothetical Configurations:

For Carbon (C, Atomic Number 6):

  1. Actual Electronic Configuration: Normally, carbon has an electron configuration of 1s²2s²2p². This means it puts one electron in each of the three 2p orbitals (2p²).
  2. Without Following Hund’s Rule: If we don’t follow Hund’s Rule, electrons might pair up in the same 2p orbital. So, instead of 2p², we might have 2p⁴, where two electrons are sharing the same orbital. Or, we could distribute them unevenly, like 2p² and 2p².

For Nitrogen (N, Atomic Number 7):

  1. Actual Electronic Configuration: Normally, nitrogen has an electron configuration of 1s²2s²2p³. This means it puts one electron in each of the three 2p orbitals and doesn’t pair them up (2p³).
  2. Without Following Hund’s Rule: If we break Hund’s Rule, electrons might pair up in one or two 2p orbitals. So, instead of 2p³, we might have 2p⁵, where some electrons are sharing orbitals. Or, we could distribute them unevenly, like 2p² and 2p³.

Summary:

This exercise shows what could happen if we ignore Hund’s Rule, but it’s important to remember that in reality, electrons follow this rule. Hund’s Rule helps us understand the behavior of electrons and their configurations accurately. These hypothetical scenarios demonstrate the significance of Hund’s Rule in determining how electrons are arranged in atoms.

మన తెలుగులో

పరిచయం:

హుండ్స్ రూల్ అనేది ఎలక్ట్రాన్‌లకు ట్రాఫిక్ రూల్ లాంటిది, అవి రెట్టింపు అయ్యే ముందు ఒక్కొక్కటిగా ఖాళీ సీట్లు (కక్ష్యలు)లోకి వెళ్లాలి. కానీ మనం ఈ నియమాన్ని ఉల్లంఘిస్తే? కార్బన్ మరియు నైట్రోజన్ వంటి మూలకాల కోసం మనం హుండ్స్ రూల్‌ను అనుసరించకపోతే ఏమి జరుగుతుందో చూద్దాం.

ఊహాత్మక కాన్ఫిగరేషన్‌లు:

కార్బన్ కోసం (C, పరమాణు సంఖ్య 6):

  1. వాస్తవ ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: సాధారణంగా, కార్బన్ 1s²2s²2p² యొక్క ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. అంటే ఇది మూడు 2p కక్ష్యలలో (2p²) ఒక్కో ఎలక్ట్రాన్‌ను ఉంచుతుంది.
  2. హండ్ నియమాన్ని అనుసరించకుండా: మనం హుండ్ నియమాన్ని అనుసరించకపోతే, ఎలక్ట్రాన్లు అదే 2p కక్ష్యలో జతకావచ్చు. కాబట్టి, 2p²కి బదులుగా, మనకు 2p⁴ ఉండవచ్చు, ఇక్కడ రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఒకే కక్ష్యను పంచుకుంటాయి. లేదా, మేము 2p² మరియు 2p² వంటి వాటిని అసమానంగా పంపిణీ చేయవచ్చు.

నైట్రోజన్ కోసం (N, పరమాణు సంఖ్య 7):

  1. వాస్తవ ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: సాధారణంగా, నైట్రోజన్ 1s²2s²2p³ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. దీనర్థం ఇది మూడు 2p ఆర్బిటాల్స్‌లో ఒక్కో ఎలక్ట్రాన్‌ను ఉంచుతుంది మరియు వాటిని జత చేయదు (2p³).
  2. హండ్ యొక్క నియమాన్ని అనుసరించకుండా: మేము హండ్ నియమాన్ని ఉల్లంఘిస్తే, ఎలక్ట్రాన్లు ఒకటి లేదా రెండు 2p ఆర్బిటాల్స్‌లో జతకావచ్చు. కాబట్టి, 2p³కి బదులుగా, మనకు 2p⁵ ఉండవచ్చు, ఇక్కడ కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు కక్ష్యలను పంచుకుంటాయి. లేదా, మేము 2p² మరియు 2p³ వంటి వాటిని అసమానంగా పంపిణీ చేయవచ్చు.

సారాంశం:

మేము హుండ్స్ నియమాన్ని విస్మరిస్తే ఏమి జరుగుతుందో ఈ వ్యాయామం చూపిస్తుంది, అయితే వాస్తవానికి, ఎలక్ట్రాన్లు ఈ నియమాన్ని అనుసరిస్తాయని గుర్తుంచుకోవడం ముఖ్యం. ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తన మరియు వాటి కాన్ఫిగరేషన్‌లను ఖచ్చితంగా అర్థం చేసుకోవడంలో హండ్స్ రూల్ మాకు సహాయపడుతుంది. ఈ ఊహాత్మక దృశ్యాలు పరమాణువులలో ఎలక్ట్రాన్లు ఎలా అమర్చబడి ఉన్నాయో నిర్ణయించడంలో హుండ్స్ రూల్ యొక్క ప్రాముఖ్యతను ప్రదర్శిస్తాయి.

Introduction

If we were to not follow Hund’s Rule, which dictates that electrons occupy all available orbitals singly before pairing up, the electron configuration of elements like carbon and nitrogen could appear differently. It is crucial to recognize that deviating from Hund’s Rule contradicts the fundamental principles of quantum mechanics as observed in reality.

Hypothetical Configurations:

  1. For Carbon (C, Atomic Number 6):
    • Actual Electronic Configuration:
      $$1s^2 2s^2 2p^2$$
    • Without Following Hund’s Rule: Electrons might pair up in the same p orbital. This could be represented as 2p4 or divided as 2p2 and 2p2.
  2. For Nitrogen (N, Atomic Number 7):
    • Actual Electronic Configuration:
      $$1s^2 2s^2 2p^3$$
    • Without Following Hund’s Rule: Electrons might pair up in one or two p orbitals, possibly represented as 2p5 or distributed as 2p2 and 2p3.

Summary

This theoretical exercise demonstrates possible electron configurations if Hund’s Rule were not followed. However, it is important to note that this is a purely hypothetical scenario and does not reflect the actual behavior of electrons in atoms, which adhere to Hund’s Rule in our universe. Understanding these hypothetical scenarios can provide insight into the significance of Hund’s Rule in determining electron configurations.

SAQ-2 : Which rule is violated in the electronic configuration 1s0 2s2 2p4?

For Backbenchers 😎

Given Electronic Configuration: 1s0 2s2 2p4

Explanation of the Violation:

Aufbau Principle:

Imagine electrons entering seats in a theater. The Aufbau principle is like a rule that says, “Fill the seats from the front row to the back row. Only move to the next row when the front one is full.”

Violation in Given Configuration:

Now, in the given electron configuration, it says 1s0, which means there are zero electrons in the 1s orbital. This is a problem because the 1s orbital is like the front row, the lowest energy level. According to the Aufbau principle, you should fill the lowest energy level first.

But in this configuration, electrons have jumped to the 2s and 2p orbitals (2s2 2p4) without filling the 1s orbital. That’s like skipping the front row in the theater and going straight to the second row!

Correct Configuration for Carbon:

For carbon (which has an atomic number of 6), the Aufbau principle tells us to fill the seats like this: 1s2 2s2 2p2. So, in the correct configuration, you first fill the 1s orbital with 2 electrons (like the front row), then you move to the 2s and 2p orbitals.

Summary:

The given configuration violates the Aufbau principle because it didn’t fill the lowest energy level (1s orbital) before moving to higher energy levels (2s and 2p orbitals). The correct configuration for carbon follows the Aufbau principle by filling orbitals in the right order.

మన తెలుగులో

ఇచ్చిన ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్: 1s0 2s2 2p4

ఉల్లంఘన యొక్క వివరణ:

సూత్రం: థియేటర్‌లోని సీట్లలోకి ఎలక్ట్రాన్‌లు ప్రవేశించడాన్ని ఊహించుకోండి. Aufbau సూత్రం ఒక నియమం లాంటిది, “ముందు వరుస నుండి వెనుక వరుస వరకు సీట్లను నింపండి. ముందు వరుస నిండినప్పుడు మాత్రమే తదుపరి వరుసకు తరలించండి.”

ఇచ్చిన కాన్ఫిగరేషన్‌లో ఉల్లంఘన:

ఇప్పుడు, ఇచ్చిన ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, ఇది 1s0 అని చెబుతుంది, అంటే 1s కక్ష్యలో సున్నా ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. 1s కక్ష్య ముందు వరుస, అత్యల్ప శక్తి స్థాయి వంటిది కనుక ఇది సమస్య. Aufbau సూత్రం ప్రకారం, మీరు ముందుగా అత్యల్ప శక్తి స్థాయిని పూరించాలి.

కానీ ఈ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, ఎలక్ట్రాన్లు 1s ఆర్బిటాల్‌ను పూరించకుండానే 2s మరియు 2p కక్ష్యలకు (2s2 2p4) దూకాయి. అంటే థియేటర్‌లో ముందు వరుసను దాటేసి నేరుగా రెండో వరుసలోకి వెళ్లడం లాంటిదే!

కార్బన్ కోసం సరైన కాన్ఫిగరేషన్:

కార్బన్ కోసం (దీనిలో పరమాణు సంఖ్య 6 ఉంటుంది), Aufbau సూత్రం ఇలా సీట్లను నింపమని చెబుతుంది: 1s2 2s2 2p2. కాబట్టి, సరైన కాన్ఫిగరేషన్‌లో, మీరు మొదట 1s ఆర్బిటాల్‌ను 2 ఎలక్ట్రాన్‌లతో (ముందు వరుసలో వలె) నింపండి, తర్వాత మీరు 2s మరియు 2p ఆర్బిటాల్‌లకు తరలిస్తారు.

సారాంశం:

ఇవ్వబడిన కాన్ఫిగరేషన్ Aufbau సూత్రాన్ని ఉల్లంఘిస్తుంది ఎందుకంటే ఇది అధిక శక్తి స్థాయిలకు (2s మరియు 2p ఆర్బిటాల్స్) వెళ్లడానికి ముందు అత్యల్ప శక్తి స్థాయిని (1s ఆర్బిటల్) పూరించలేదు. కార్బన్ కోసం సరైన కాన్ఫిగరేషన్ సరైన క్రమంలో కక్ష్యలను పూరించడం ద్వారా Aufbau సూత్రాన్ని అనుసరిస్తుంది.

Given Electronic Configuration

The electronic configuration 1s0 2s2 2p4 violates the Aufbau principle.

Explanation of the Violation

  1. Aufbau Principle:
    • States that electrons occupy the lowest energy orbitals first.
    • Electrons move to higher energy orbitals only after the lower energy orbitals are full.
  2. Violation in Given Configuration:
    • The 1s orbital is not filled (1s0), violating the Aufbau principle as the 1s orbital, being the lowest energy orbital, should be filled first.
    • Electrons have been placed in the 2s and 2p orbitals before filling the 1s orbital.
  3. Correct Configuration for Carbon:
    • The correct electron configuration for a carbon atom (atomic number 6) is 1s2 2s2 2p2, which follows the order of filling of orbitals according to the Aufbau principle.

SAQ-3 : The electron enters into 4s orbital after filling 3p orbital but not into 3d. Explain the reason.

For Backbenchers 😎

Energy Levels Matter:

Think of electrons as guests at a party, and the orbitals as different rooms in a house. In atomic structure, electrons prefer to enter rooms (orbitals) with lower energy levels first, just like guests would prefer to go to rooms that are closer or easier to access.

4s vs. 3d Orbitals:

Now, imagine there are two rooms, the 4s room, and the 3d room. The 4s room is a bit closer and more accessible, while the 3d room is a bit farther away. It’s like choosing between a nearby room and one that’s a bit farther down the hallway.

Order of Filling:

So, electrons are a bit lazy, and they like to occupy the closest room first. In this case, the 4s orbital is closer in energy to where the electrons are coming from (the 3p orbital), so they enter the 4s room before going to the 3d room. It’s like guests stopping in the closer room before going to the farther one.

Periodic Table Arrangement:

You can see this energy-based filling order in the periodic table. When you look at elements in the 4th row (period) of the periodic table, they start by filling the 4s orbital immediately after the 3p orbital. It’s like following a map where the rooms are arranged based on energy levels.

Summary:

Electrons follow the energy levels of orbitals when filling them, just like guests choosing rooms in a house. The 4s orbital is a bit closer in energy to the 3p orbital, so electrons go there first before considering the 3d orbital. This energy-based filling order is reflected in the periodic table’s arrangement.

మన తెలుగులో

శక్తి స్థాయిలు ముఖ్యమైనవి:

ఎలక్ట్రాన్‌లను పార్టీలో అతిథులుగా మరియు కక్ష్యలను ఇంట్లో వేర్వేరు గదులుగా భావించండి. పరమాణు నిర్మాణంలో, ఎలక్ట్రాన్‌లు ముందుగా తక్కువ శక్తి స్థాయిలతో గదుల్లోకి (కక్ష్యలు) ప్రవేశించడానికి ఇష్టపడతాయి, అతిథులు దగ్గరగా లేదా సులభంగా యాక్సెస్ చేసే గదులకు వెళ్లడానికి ఇష్టపడతారు.

4s వర్సెస్ 3d ఆర్బిటాల్స్:

ఇప్పుడు, రెండు గదులు, 4s గది మరియు 3d గది ఉన్నాయని ఊహించుకోండి. 4s గది కొంచెం దగ్గరగా మరియు మరింత అందుబాటులో ఉంటుంది, అయితే 3d గది కొంచెం దూరంలో ఉంది. ఇది సమీపంలోని గది మరియు హాలులో కొంచెం దూరంగా ఉన్న గదిని ఎంచుకోవడం లాంటిది.

ఫిల్లింగ్ ఆర్డర్:

కాబట్టి, ఎలక్ట్రాన్లు ఒక బిట్ సోమరితనం, మరియు వారు మొదట దగ్గరి గదిని ఆక్రమించడానికి ఇష్టపడతారు. ఈ సందర్భంలో, 4s కక్ష్య ఎలక్ట్రాన్లు ఎక్కడ నుండి వస్తున్నాయో (3p ఆర్బిటాల్) శక్తిలో దగ్గరగా ఉంటుంది, కాబట్టి అవి 3d గదికి వెళ్లే ముందు 4s గదిలోకి ప్రవేశిస్తాయి. అతిథులు దూరంగా వెళ్లే ముందు దగ్గరి గదిలో ఆగడం లాంటిది.

ఆవర్తన పట్టిక అమరిక:

మీరు ఆవర్తన పట్టికలో ఈ శక్తి-ఆధారిత ఫిల్లింగ్ క్రమాన్ని చూడవచ్చు. మీరు ఆవర్తన పట్టికలోని 4వ వరుస (పీరియడ్)లోని మూలకాలను చూసినప్పుడు, అవి 3p ఆర్బిటాల్ తర్వాత వెంటనే 4s ఆర్బిటాల్‌ను పూరించడం ద్వారా ప్రారంభమవుతాయి. ఇది శక్తి స్థాయిల ఆధారంగా గదులు అమర్చబడిన మ్యాప్‌ను అనుసరించడం లాంటిది.

సారాంశం:

ఎలక్ట్రాన్‌లు కక్ష్యలను నింపేటప్పుడు వాటి శక్తి స్థాయిలను అనుసరిస్తాయి, అతిథులు ఇంట్లో గదులను ఎంచుకున్నట్లే. 4s కక్ష్య శక్తిలో 3p కక్ష్యకు కొంచెం దగ్గరగా ఉంటుంది, కాబట్టి 3d కక్ష్యను పరిగణనలోకి తీసుకునే ముందు ఎలక్ట్రాన్లు ముందుగా అక్కడికి వెళ్తాయి. ఈ శక్తి-ఆధారిత ఫిల్లింగ్ క్రమం ఆవర్తన పట్టిక యొక్క అమరికలో ప్రతిబింబిస్తుంది.

Reason for Electron Entry into 4s Orbital after 3p Orbital

  1. The electron enters the 4s orbital after filling the 3p orbital but not into the 3d due to the energy levels of these orbitals.
  2. Energy Consideration: In atomic structure, orbitals are filled based on their energy levels. The 4s orbital has a slightly lower energy than the 3d orbital.
  3. Order of Filling: Therefore, electrons fill the 4s orbital before the 3d orbital, as electrons occupy the lowest energy orbital available.
  4. Periodic Table Configuration: This is reflected in the periodic table arrangement where elements in the 4th period begin filling the 4s orbital immediately after the 3p orbital.

SAQ-4 : Write the electronic configuration of the atom of an element having atomic number 11. Write the names of the rules and the laws followed by you in writing this electronic configuration.

For Backbenchers 😎

Sodium’s Electronic Configuration:

$$1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$$

Principles Used:

  1. Aufbau Principle:
    Imagine you have a building with many floors, and you want to fill it with guests. The Aufbau Principle tells us that you start by filling the lowest floors first before moving up. In the case of sodium, it fills the lower energy orbitals (1s, 2s, 2p) before moving to a slightly higher one (3s).
  2. Pauli Exclusion Principle:
    This principle is like saying that in each room (orbital), you can have a maximum of two guests (electrons). They have to be different, like having one guest wearing a “spin-up” badge and the other wearing a “spin-down” badge. So, in sodium’s configuration, each orbital has a pair of electrons with opposite spins, following this rule.
  3. Hund’s Rule:
    This rule is a bit like saying guests prefer not to share a room until they have to. So, if there are empty rooms (degenerate orbitals), guests (electrons) will enter them one by one before they start sharing. In sodium, all the lower-energy orbitals (1s, 2s, 2p) are fully occupied, but when it gets to the 3s orbital, it adds just one electron because there’s no need to pair them up yet.

Summary:

Sodium’s electronic configuration follows these rules. It fills lower energy orbitals first (Aufbau Principle), ensures no two electrons in the same orbital have the same spin (Pauli Exclusion Principle), and enters degenerate orbitals one at a time (Hund’s Rule). These principles help us understand how electrons are arranged in atoms and why they arrange themselves this way.

మన తెలుగులో

సోడియం ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్:
$$1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$$

ఉపయోగించిన సూత్రాలు:

  1. Aufbau సూత్రం: మీరు అనేక అంతస్తులతో కూడిన భవనాన్ని కలిగి ఉన్నారని ఊహించుకోండి మరియు మీరు దానిని అతిథులతో నింపాలనుకుంటున్నారు. మీరు పైకి వెళ్లే ముందు అత్యల్ప అంతస్తులను పూరించడం ద్వారా ప్రారంభించాలని Aufbau సూత్రం చెబుతుంది. సోడియం విషయంలో, ఇది కొంచెం ఎక్కువ (3సె)కి వెళ్లే ముందు తక్కువ శక్తి కక్ష్యలను (1సె, 2సె, 2పి) నింపుతుంది.
  2. పౌలీ మినహాయింపు సూత్రం: ఈ సూత్రం ప్రతి గదిలో (కక్ష్య), మీరు గరిష్టంగా ఇద్దరు అతిథులను (ఎలక్ట్రాన్లు) కలిగి ఉండవచ్చని చెప్పడం వంటిది. ఒక అతిథి “స్పిన్-అప్” బ్యాడ్జ్‌ను ధరించి మరియు మరొకరు “స్పిన్-డౌన్” బ్యాడ్జ్‌ను ధరించినట్లు వారు భిన్నంగా ఉండాలి. కాబట్టి, సోడియం కాన్ఫిగరేషన్‌లో, ప్రతి కక్ష్యలో ఈ నియమాన్ని అనుసరించి వ్యతిరేక స్పిన్‌లతో ఒక జత ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంటాయి.
  3. హండ్ యొక్క నియమం: ఈ నియమం అతిథులు తమ గదిని పంచుకోవాల్సినంత వరకు షేర్ చేయకూడదని చెప్పడం లాంటిది. కాబట్టి, ఖాళీ గదులు (డిజెనరేట్ ఆర్బిటాల్స్) ఉన్నట్లయితే, అతిథులు (ఎలక్ట్రాన్లు) భాగస్వామ్యం చేయడం ప్రారంభించే ముందు వాటిలో ఒక్కొక్కటిగా ప్రవేశిస్తాయి. సోడియంలో, అన్ని తక్కువ-శక్తి కక్ష్యలు (1సె, 2సె, 2పి) పూర్తిగా ఆక్రమించబడి ఉంటాయి, కానీ అది 3సె ఆర్బిటాల్‌కి వచ్చినప్పుడు, అది కేవలం ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను జోడిస్తుంది ఎందుకంటే వాటిని ఇంకా జత చేయాల్సిన అవసరం లేదు.

సారాంశం:

సోడియం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్ ఈ నియమాలను అనుసరిస్తుంది. ఇది ముందుగా తక్కువ శక్తి కక్ష్యలను నింపుతుంది (Aufbau సూత్రం), ఒకే కక్ష్యలోని రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు ఒకే విధమైన స్పిన్‌ను కలిగి ఉండవని నిర్ధారిస్తుంది (పౌలి మినహాయింపు సూత్రం), మరియు క్షీణించిన కక్ష్యలను ఒక్కొక్కటిగా ప్రవేశిస్తుంది (హండ్స్ రూల్). ఈ సూత్రాలు పరమాణువులలో ఎలక్ట్రాన్లు ఎలా అమర్చబడి ఉన్నాయో మరియు అవి తమను తాము ఈ విధంగా ఎందుకు అమర్చుకుంటాయో అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడతాయి.

Introduction

The electronic configuration of an element like sodium (Na), with an atomic number of 11, is determined by adhering to specific principles that govern electron placement in orbitals.

Electronic Configuration of Sodium (Na, Z=11)

The electronic configuration is:
$$1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$$

Rules and Laws Followed

  1. Aufbau Principle:
    States that electrons fill the lowest energy levels first before moving to higher levels. In sodium, electrons fill the 1s, 2s, and 2p orbitals completely before starting to fill the 3s orbital.
  2. Pauli Exclusion Principle:
    Specifies that no two electrons in an atom can have the same set of four quantum numbers. This means each orbital can hold only two electrons with opposite spins. This principle is evident in sodium’s configuration, as each filled orbital adheres to this rule.
  3. Hund’s Rule:
    States that electrons fill degenerate (equal energy) orbitals singly before pairing up. While this rule doesn’t strictly apply to sodium’s configuration since all orbitals except the 3s orbital are fully filled, it is still a guiding principle in electron configuration.

Summary

These principles – the Aufbau Principle, Pauli Exclusion Principle, and Hund’s Rule – collectively guide the arrangement of electrons in the atom. They ensure that electrons occupy the most stable and energetically favorable configuration possible, as demonstrated in the electronic configuration of sodium.

SAQ-5 : What does each quantum number signify?

For Backbenchers 😎
  1. Principal Quantum Number (n): Think of this like the address of a building. The principal quantum number tells you which “floor” or energy level an electron is on. A higher n means the electron is on a higher energy level, like being on the 3rd floor instead of the 2nd.
  2. Angular Momentum Quantum Number (l): This is like knowing the layout of each floor. It tells you the shape of the orbital where the electron is hanging out. Different values of l mean different shapes. For example, l = 0 means it’s in a spherical “s” orbital, while l = 1 means it’s in a dumbbell-shaped “p” orbital.
  3. Magnetic Quantum Number (ml): Now, imagine you’re in a room on a floor, and you want to know where exactly you are in that room. The magnetic quantum number helps with that. It tells you the orientation of the orbital within the energy level or floor. Different values of ml show different orientations within the orbital.
  4. Spin Quantum Number (ms): Finally, think of this like a chair in the room. You can either sit in it with your head up or head down. The spin quantum number tells you the direction the electron is “spinning” in its orbital. It can either be “spin up” or “spin down.”

Summary:

So, these quantum numbers are like a detailed address system for electrons in atoms. They tell us where the electron is (n), what shape its “room” is (l), where it’s sitting in that room (ml), and whether it’s sitting with its head up or down (ms). These numbers help us describe and understand the behavior of electrons in atoms.

మన తెలుగులో
  1. ప్రిన్సిపల్ క్వాంటం నంబర్ (n): దీన్ని భవనం చిరునామా లాగా ఆలోచించండి. ఎలక్ట్రాన్ ఏ “ఫ్లోర్” లేదా ఎనర్జీ లెవెల్‌లో ఉందో ప్రధాన క్వాంటం సంఖ్య మీకు తెలియజేస్తుంది. అధిక n అంటే ఎలక్ట్రాన్ 2వ అంతస్తులో కాకుండా 3వ అంతస్తులో ఉన్నట్లుగా అధిక శక్తి స్థాయిలో ఉంటుంది.
  2. కోణీయ మొమెంటం క్వాంటం సంఖ్య (l): ఇది ప్రతి అంతస్తు యొక్క లేఅవుట్‌ను తెలుసుకోవడం లాంటిది. ఇది ఎలక్ట్రాన్ వేలాడుతున్న కక్ష్య ఆకారాన్ని మీకు తెలియజేస్తుంది. l యొక్క విభిన్న విలువలు విభిన్న ఆకృతులను సూచిస్తాయి. ఉదాహరణకు, l = 0 అంటే అది గోళాకార “s” కక్ష్యలో ఉంది, అయితే l = 1 అంటే అది డంబెల్ ఆకారపు “p” కక్ష్యలో ఉంది.
  3. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య (ml): ఇప్పుడు, మీరు ఒక అంతస్తులో ఉన్న గదిలో ఉన్నారని ఊహించుకోండి మరియు మీరు ఆ గదిలో సరిగ్గా ఎక్కడ ఉన్నారో తెలుసుకోవాలనుకుంటున్నారు. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య దానికి సహాయపడుతుంది. ఇది శక్తి స్థాయి లేదా అంతస్తులో కక్ష్య యొక్క విన్యాసాన్ని మీకు తెలియజేస్తుంది. ml యొక్క విభిన్న విలువలు కక్ష్యలో విభిన్న ధోరణులను చూపుతాయి.
  4. స్పిన్ క్వాంటం నంబర్ (ms): చివరగా, గదిలో ఒక కుర్చీలాగా ఆలోచించండి. మీరు మీ తల పైకి లేదా తల క్రిందికి ఉంచి దానిలో కూర్చోవచ్చు. స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య ఎలక్ట్రాన్ దాని కక్ష్యలో “స్పిన్నింగ్” దిశను మీకు తెలియజేస్తుంది. ఇది “స్పిన్ అప్” లేదా “స్పిన్ డౌన్” కావచ్చు.

సారాంశం:

కాబట్టి, ఈ క్వాంటం సంఖ్యలు అణువులలోని ఎలక్ట్రాన్ల కోసం వివరణాత్మక చిరునామా వ్యవస్థ వలె ఉంటాయి. ఎలక్ట్రాన్ ఎక్కడ ఉంది (n), దాని “గది” (l) ఏ ఆకారంలో ఉంది, ఆ గదిలో (ml) ఎక్కడ కూర్చుంటోంది మరియు అది తలపైకి లేదా క్రిందికి (ms) కూర్చొని ఉందా అని అవి మనకు తెలియజేస్తాయి. అణువులలోని ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తనను వివరించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ సంఖ్యలు మాకు సహాయపడతాయి.

Introduction

Quantum numbers are crucial in describing the probable location and state of electrons within atoms. They encompass aspects such as energy levels, orbital shape, orientation, and spin of electrons.

Principal Quantum Number (n)

Significance:
Represents the main energy level or shell where the electron is located. The value of n indicates the size of the orbital. A higher n means the electron is located further from the nucleus and at higher energy levels. n can be any positive integer (1, 2, 3, …).

Angular Momentum Quantum Number (l)

Significance:
Defines the shape of the orbital and gives an idea about the electron’s energy in a specific subshell. The value of l ranges from 00 to n−1, with each value corresponding to a specific subshell (0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f, etc.).

Magnetic Quantum Number (ml​)

Significance:
Describes the orientation of the electron’s orbital within a magnetic field. The values of ml​ range from −l to +l, including 00, indicating the possible orientations of an orbital.

Spin Quantum Number (ms​)

Significance:
Relates to the direction of the electron’s spin within an orbital. Electrons can have a “spin up” (+1/2​) or “spin down” (-1/2​) orientation. This quantum number has only two values, +1/2 or -1/2, representing the two possible spin orientations.

Summary

Each quantum number – principal (n), angular momentum (l), magnetic (ml​), and spin (ms​) – plays a vital role in defining the unique quantum state of an electron in an atom. Together, they provide a comprehensive understanding of an electron’s position, energy, and orientation.

SAQ-6 : i. An electron in an atom has the following set of four quantum numbers. To which orbital does it belong?

ii. Write the four quantum numbers of 1s1 electron.

n1mlms
200+1/2
For Backbenchers 😎

Imagine we’re trying to find a specific room in a big building, but we don’t have the room number. However, we know some clues about the room’s characteristics, like its floor, shape, and orientation.

  1. Principal Quantum Number (n): This is like knowing the floor of the building. For our room, n=1, which means it’s on the first floor.
  2. Angular Momentum Quantum Number (l): Think of this as the shape of the room. In our case, l=0, which means it’s a simple, spherical room.
  3. Magnetic Quantum Number (ml): This tells us how the room is oriented. Since it’s a spherical room, there’s only one way to orient it, so ml=0.
  4. Spin Quantum Number (ms): This is like knowing if someone is standing or sitting in the room. It can be either +1/2 or -1/2, representing the two possible options.

So, even though we don’t have the room number, we can identify the room by knowing it’s on the first floor (n=1), it’s spherical (l=0), it’s oriented in one way (ml=0), and there’s either someone standing (+1/2) or sitting (-1/2) inside. This helps us figure out which room it is, or in the world of quantum physics, which orbital it is.

మన తెలుగులో

మేము ఒక పెద్ద భవనంలో నిర్దిష్ట గదిని కనుగొనడానికి ప్రయత్నిస్తున్నామని ఊహించుకోండి, కానీ మా వద్ద గది నంబర్ లేదు. అయితే, గది యొక్క అంతస్తు, ఆకారం మరియు ధోరణి వంటి లక్షణాల గురించి మాకు కొన్ని ఆధారాలు తెలుసు.

  1. ప్రిన్సిపల్ క్వాంటం నంబర్ (n): ఇది భవనం యొక్క అంతస్తును తెలుసుకోవడం లాంటిది. మా గదికి, n=1, అంటే అది మొదటి అంతస్తులో ఉంది.
  2. కోణీయ మొమెంటం క్వాంటం సంఖ్య (l): దీన్ని గది ఆకారంగా భావించండి. మా విషయంలో, l=0, అంటే ఇది సాధారణ, గోళాకార గది.
  3. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య (ml): ఇది గది ఎలా ఓరియంటెడ్‌గా ఉందో తెలియజేస్తుంది. ఇది గోళాకార గది కాబట్టి, దానిని ఓరియంట్ చేయడానికి ఒకే ఒక మార్గం ఉంది, కాబట్టి ml=0.
  4. స్పిన్ క్వాంటం నంబర్ (ms): ఇది గదిలో ఎవరైనా నిలబడి ఉన్నారా లేదా కూర్చున్నారో తెలుసుకోవడం లాంటిది. ఇది రెండు సాధ్యం ఎంపికలను సూచిస్తూ +1/2 లేదా -1/2 కావచ్చు.

కాబట్టి, మన దగ్గర గది నంబర్ లేకపోయినా, అది మొదటి అంతస్తులో ఉందని (n=1), అది గోళాకారంలో ఉందని (l=0), అది ఒక విధంగా ఓరియెంటెడ్‌గా ఉందని (ml=0) తెలుసుకోవడం ద్వారా గదిని గుర్తించవచ్చు. మరియు లోపల ఎవరైనా నిలబడి (+1/2) లేదా కూర్చుని (-1/2) ఉన్నారు. ఇది ఏ గదిలో ఉందో లేదా క్వాంటం ఫిజిక్స్ ప్రపంచంలో ఇది ఏ కక్ష్యలో ఉందో గుర్తించడంలో ఇది మాకు సహాయపడుతుంది.

Identification of Orbital from Quantum Numbers

The specific set of quantum numbers is not provided. Generally, the orbital can be identified by examining the principal (n), angular momentum (l), and magnetic (ml​) quantum numbers.

Quantum Numbers of a 1s1 Electron

  1. Principal Quantum Number (n): For a 1s electron, n=1.
  2. Angular Momentum Quantum Number (l): For an s orbital, l=0.
  3. Magnetic Quantum Number (ml​): For an s orbital, ml​=0 since there’s only one orientation.
  4. Spin Quantum Number (ms​): Can be either +1/2​ or -1/2​, representing the two possible spin orientations.

SAQ-7 : Write the electronic configuration of the following elements.
1. Sodium 2. Argon 3. Potassium 4. Neon

For Backbenchers 😎

Electronic Configurations: These are like unique addresses for electrons in an atom. They tell us where electrons are located and how they are arranged in an atom’s orbitals.

  1. Sodium (Na, Atomic number 11): Imagine it as a little apartment building for electrons. Sodium’s address is 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. This tells us that there are two electrons in the 1s orbital, two in the 2s orbital, six in the 2p orbital, and one in the 3s orbital.
  2. Argon (Ar, Atomic number 18): This is like another apartment in the same building. Argon’s address is 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. It has two electrons in the 1s orbital, two in the 2s orbital, six in the 2p orbital, two in the 3s orbital, and six in the 3p orbital.
  3. Potassium (K, Atomic number 19): Think of this as a different apartment in the same building as sodium. Its address is 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. It has two electrons in the 1s orbital, two in the 2s orbital, six in the 2p orbital, two in the 3s orbital, six in the 3p orbital, and one in the 4s orbital.
  4. Neon (Ne, Atomic number 10): This is a smaller apartment in the same building. Neon’s address is 1s² 2s² 2p⁶. It has two electrons in the 1s orbital, two in the 2s orbital, and six in the 2p orbital.

Principles: Now, why are these apartments arranged this way?

  • Aufbau Principle: It’s like saying people prefer to occupy lower floors in an apartment building because they’re more convenient. Electrons fill the lowest energy orbitals first.
  • Pauli Exclusion Principle: This is like saying only two people are allowed in each room, and they have to sit in opposite corners so they don’t bump into each other. Each orbital can hold a maximum of two electrons, and they must have opposite spins.
  • Hund’s Rule: Imagine people filling up the apartments one by one before sharing. Electrons fill degenerate (equally energetic) orbitals singly before they start pairing up.

So, these principles guide how electrons find their “apartments” in the electron “building” of an atom.

మన తెలుగులో

ఎలక్ట్రానిక్ కాన్ఫిగరేషన్‌లు: ఇవి పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్‌లకు ప్రత్యేకమైన చిరునామాల వంటివి. ఎలక్ట్రాన్లు ఎక్కడ ఉన్నాయో మరియు అవి పరమాణువు యొక్క కక్ష్యలలో ఎలా అమర్చబడి ఉన్నాయో అవి మనకు తెలియజేస్తాయి.

  1. సోడియం (Na, పరమాణు సంఖ్య 11): ఇది ఎలక్ట్రాన్ల కోసం ఒక చిన్న అపార్ట్మెంట్ భవనంగా ఊహించుకోండి. సోడియం చిరునామా 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. ఇది 1s కక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు, 2s కక్ష్యలో రెండు, 2p కక్ష్యలో ఆరు మరియు 3s కక్ష్యలో ఒకటి ఉన్నాయని మాకు తెలియజేస్తుంది.
  2. ఆర్గాన్ (Ar, పరమాణు సంఖ్య 18): ఇది అదే భవనంలో ఉన్న మరో అపార్ట్మెంట్ లాంటిది. ఆర్గాన్ చిరునామా 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. ఇది 1s కక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు, 2s కక్ష్యలో రెండు, 2p కక్ష్యలో ఆరు, 3s కక్ష్యలో రెండు మరియు 3p కక్ష్యలో ఆరు ఉన్నాయి.
  3. పొటాషియం (K, పరమాణు సంఖ్య 19): ఇది సోడియం వలె అదే భవనంలో వేరే అపార్ట్మెంట్గా భావించండి. దీని చిరునామా 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. దీనికి 1s కక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు, 2s కక్ష్యలో రెండు, 2p కక్ష్యలో ఆరు, 3s కక్ష్యలో రెండు, 3p కక్ష్యలో ఆరు మరియు 4s ఆర్బిటాల్‌లో ఒకటి ఉన్నాయి.
  4. నియాన్ (నే, అటామిక్ నంబర్ 10): ఇది అదే భవనంలో ఉన్న చిన్న అపార్ట్మెంట్. నియాన్ చిరునామా 1s² 2s² 2p⁶. దీనికి 1s కక్ష్యలో రెండు ఎలక్ట్రాన్లు, 2s కక్ష్యలో రెండు మరియు 2p కక్ష్యలో ఆరు ఉన్నాయి.

సూత్రాలు: ఇప్పుడు, ఈ అపార్ట్‌మెంట్‌లు ఈ విధంగా ఎందుకు ఏర్పాటు చేయబడ్డాయి?

  • Aufbau సూత్రం: అపార్ట్‌మెంట్ భవనంలో దిగువ అంతస్తులను ఆక్రమించడానికి ప్రజలు ఇష్టపడతారని చెప్పడం లాంటిది ఎందుకంటే అవి మరింత సౌకర్యవంతంగా ఉంటాయి. ఎలక్ట్రాన్లు ముందుగా అత్యల్ప శక్తి కక్ష్యలను నింపుతాయి.
  • పౌలీ మినహాయింపు సూత్రం: ఇది ప్రతి గదిలో ఇద్దరు వ్యక్తులను మాత్రమే అనుమతించడం లాంటిది, మరియు వారు ఒకరినొకరు కొట్టుకోకుండా ఎదురుగా మూలల్లో కూర్చోవాలి. ప్రతి కక్ష్య గరిష్టంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది మరియు అవి తప్పనిసరిగా వ్యతిరేక స్పిన్‌లను కలిగి ఉండాలి.
  • హండ్స్ రూల్: షేర్ చేయడానికి ముందు ప్రజలు అపార్ట్‌మెంట్‌లను ఒక్కొక్కటిగా నింపుతున్నట్లు ఊహించుకోండి. ఎలక్ట్రాన్లు జతచేయడం ప్రారంభించే ముందు క్షీణించిన (సమానంగా శక్తివంతమైన) కక్ష్యలను ఒక్కొక్కటిగా నింపుతాయి.

కాబట్టి, ఈ సూత్రాలు పరమాణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ “భవనం”లో ఎలక్ట్రాన్లు తమ “అపార్ట్‌మెంట్లను” ఎలా కనుగొంటాయో మార్గనిర్దేశం చేస్తాయి.

Electronic Configurations of Selected Elements

  1. Sodium (Na, Atomic number 11)
    Electronic Configuration:
    $$1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$$
  2. Argon (Ar, Atomic number 18)
    Electronic Configuration:
    $$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$$
  3. Potassium (K, Atomic number 19)
    Electronic Configuration:
    $$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1$$
  4. Neon (Ne, Atomic number 10)
    Electronic Configuration:
    $$1s^2 2s^2 2p^6$$

Principles Guiding Electronic Configuration

  1. These configurations are based on the Aufbau principle, where electrons fill the lowest energy orbitals first.
  2. Each orbital can hold a maximum of two electrons with opposite spins, as per the Pauli Exclusion Principle.
  3. Hund’s Rule is also considered, which states that electrons fill degenerate (equally energetic) orbitals singly before pairing up.

SAQ-8 : The electronic configuration of sodium is 1s2 2s2 2p6 3s1, and then write the 4 quantum numbers of the first electron in K shell.

For Backbenchers 😎
  1. Principal Quantum Number (n): Think of this as which floor of a building the electron is on. For this electron, in the K shell, it’s on the first floor. So, n = 1.
  2. Azimuthal Quantum Number (l): Imagine different sections on the same floor, like rooms in a hotel. For this electron in the K shell (1s orbital), it’s in the “s” section. In quantum numbers, “s” corresponds to l = 0.
  3. Magnetic Quantum Number (ml): Now, within that “s” section, think of different orientations or directions the electron can be in. But for the 1s orbital (s section), there’s only one way it can be oriented. So, ml = 0.
  4. Spin Quantum Number (ms): This is like saying the electron can spin clockwise (+1/2) or counterclockwise (-1/2) while staying in its room. So, ms can be either +1/2 or -1/2.

So, for the first electron in the K shell (1s orbital) of sodium, the quantum numbers are:

  • n = 1 (first floor)
  • l = 0 (in the “s” section)
  • ml = 0 (only one orientation)
  • ms = +1/2 or -1/2 (spinning either way)

These quantum numbers help uniquely identify and describe the electron’s position, energy, orientation, and spin in the atom.

మన తెలుగులో
  1. ప్రిన్సిపల్ క్వాంటం నంబర్ (n): ఎలక్ట్రాన్ భవనం యొక్క ఏ అంతస్తులో ఉందో దీన్ని ఆలోచించండి. ఈ ఎలక్ట్రాన్ కోసం, K షెల్‌లో, ఇది మొదటి అంతస్తులో ఉంది. కాబట్టి, n = 1.
  2. అజిముతల్ క్వాంటం నంబర్ (l): ఒకే అంతస్తులో హోటల్‌లోని గదులు వంటి వివిధ విభాగాలను ఊహించుకోండి. K షెల్ (1s ఆర్బిటాల్)లోని ఈ ఎలక్ట్రాన్ కోసం, ఇది “s” విభాగంలో ఉంది. క్వాంటం సంఖ్యలలో, “s” l = 0కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
  3. అయస్కాంత క్వాంటం సంఖ్య (ml): ఇప్పుడు, ఆ “s” విభాగంలో, ఎలక్ట్రాన్ ఉండే విభిన్న ధోరణులు లేదా దిశల గురించి ఆలోచించండి. కానీ 1s ఆర్బిటాల్ (s సెక్షన్) కోసం, దానిని ఓరియంటెడ్ చేయడానికి ఒకే ఒక మార్గం ఉంది. కాబట్టి, ml = 0.
  4. స్పిన్ క్వాంటం సంఖ్య (మిసె): ఇది ఎలక్ట్రాన్ తన గదిలో ఉంటూ సవ్యదిశలో (+1/2) లేదా అపసవ్య దిశలో (-1/2) తిప్పగలదని చెప్పడం లాంటిది. కాబట్టి, ms +1/2 లేదా -1/2 కావచ్చు.

కాబట్టి, సోడియం యొక్క K షెల్ (1s కక్ష్య)లోని మొదటి ఎలక్ట్రాన్ కోసం, క్వాంటం సంఖ్యలు:

  • n = 1 (మొదటి అంతస్తు)
  • l = 0 (“s” విభాగంలో)
  • ml = 0 (ఒకే ధోరణి)
  • ms = +1/2 లేదా -1/2 (ఎలాగైనా తిరుగుతుంది)

ఈ క్వాంటం సంఖ్యలు పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్ యొక్క స్థానం, శక్తి, ధోరణి మరియు స్పిన్‌ను ప్రత్యేకంగా గుర్తించడానికి మరియు వివరించడానికి సహాయపడతాయి.

Introduction

The electronic configuration of sodium (Na) is 1s2 2s2 2p6 3s1. We will identify the four quantum numbers of the first electron in the K shell (1s orbital) of sodium.

Quantum Numbers for the First Electron in K Shell

  1. Principal Quantum Number (n):
    Denotes the main energy level or shell. For the first electron in the K shell, n=1.
  2. Azimuthal Quantum Number (l):
    Indicates the subshell or shape of the orbital. For the s orbital, l=0.
  3. Magnetic Quantum Number (ml​):
    Represents the orientation of the orbital. For the s orbital (l=0), ml​ is 00 as there is only one orientation.
  4. Spin Quantum Number (ms​):
    Denotes the spin of the electron. The electron can spin either +1/2 or −1/2.

Summary

The four quantum numbers for the first electron in the K shell (1s orbital) of sodium are n=1, l=0, ml​=0, and ms​=+1/2 or −1/2. These numbers collectively define the unique quantum state of this electron in the atom.