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Lequel de ces ensembles de quatre nombres quantiques n’existe pas ? (A) 𝑛 égale trois, 𝑙 égale deux, 𝑚 indice 𝑙 égale moins un, 𝑚 indice 𝑠 égale plus un demi. (B) 𝑛 égale un, 𝑙 égale zéro, 𝑚 indice 𝑙 égale zéro, 𝑚 indice 𝑠 égale plus un demi. (C) 𝑛 égale quatre, 𝑙 égale trois, 𝑚 indice 𝑙 égale moins deux, 𝑚 indice 𝑠 égale plus un demi. (D) 𝑛 égale deux, 𝑙 égale deux, 𝑚 indice 𝑙 égale zéro, 𝑚 indice 𝑠 égale plus un demi.
Pour répondre à cette question, nous devons identifier lequel de ces ensembles de nombres quantiques n’existe pas. Les nombres quantiques sont des valeurs qui peuvent être utilisées pour décrire un électron dans un atome. Il y a quatre nombres quantiques, chacun est représenté par un symbole différent. Le premier nombre quantique est le nombre quantique principal représenté par un 𝑛 minuscule. Ce nombre quantique peut être n’importe quel entier positif. La valeur représente la couche électronique ou le niveau d’énergie sur lequel un électron se trouve. Le nombre quantique principal peut également être utilisé pour représenter la taille relative d’une orbitale atomique. Une orbitale atomique avec une valeur de 𝑛 plus grande s’étendra plus loin du noyau.
En regardant les choix de réponse, nous pouvons voir que tous les nombres quantiques principaux sont des entiers positifs. Donc, en se basant uniquement sur le nombre quantique principal, nous ne pouvons pas déterminer lequel des ensembles de nombres quantiques n’existe pas. Le nombre quantique suivant est le nombre quantique secondaire représenté par un 𝑙 minuscule. Les valeurs possibles pour le nombre quantique secondaire dépendent du nombre quantique principal. 𝑙 peut avoir n’importe quelle valeur entière allant de zéro à 𝑛 moins un. Le nombre quantique secondaire indique le type de forme de la couche ou de l’orbitale.
Revenons aux choix de réponse. Lorsque le nombre quantique principal est égal à trois, le nombre quantique secondaire peut être zéro, un ou deux. Ainsi, le choix de réponse (A) est toujours un ensemble valide de nombres quantiques. Lorsque 𝑛 est égal à un, 𝑙 ne peut être égal qu’à zéro. Donc, le choix de réponse (B) est toujours un ensemble valide de nombres quantiques. Lorsque 𝑛 égale quatre, 𝑙 peut être zéro, un, deux ou trois. Donc, le choix de réponse (C) est toujours un ensemble valide de nombres quantiques. Lorsque 𝑛 égale deux, 𝑙 peut être zéro ou un. Ainsi, lorsque le nombre quantique principal est deux, le nombre quantique secondaire ne peut pas être égal à deux. Par conséquent, cet ensemble de nombres quantiques n’existe pas et doit être la réponse à cette question.
Même si nous avons correctement identifié la réponse, discutons brièvement des deux derniers nombres quantiques. Le troisième nombre quantique est le nombre quantique magnétique représenté par 𝑚 indice 𝑙. Ce nombre quantique représente l’orientation de chaque orbitale d’une sous-couche. Le nombre quantique magnétique dépend du nombre quantique secondaire et peut être n’importe quel entier de moins 𝑙 à zéro à plus 𝑙. Le nombre quantique final est le nombre quantique de spin représenté par 𝑚 indice 𝑠. Le nombre quantique de spin ne dépend d’aucun autres nombres quantiques et peut avoir une valeur de plus un demi ou de moins un demi. Le nombre quantique de spin comme son nom l’indique désigne l’état de spin de l’électron.
En revenant à la question, nous avons déterminé que l’ensemble des nombres quantiques qui n’existe pas est le choix de réponse (D) : 𝑛 est égal à deux, 𝑙 est égal à deux, 𝑚 indice 𝑙 est égal à zéro, 𝑚 indice 𝑠 est égal à plus un demi.
