كيف تجد عدد المدارات في كل مستوى من مستويات الطاقة

تساعد مستويات الطاقة والمدارات في وصف البنية الإلكترونية للذرة. يحددون كيفية ترتيب الإلكترونات داخل الذرات ، ووصف مثل هذه الطاقات مشتق من نظرية الكم.

تفترض نظرية الكم أن الذرات لا يمكن أن توجد إلا في حالات طاقة معينة. إذا تغيرت حالة الذرة ، أو الإلكترون عن طريق الارتباط ، فإنها تمتص أو تطلق كمية من الطاقة تساوي فرق الطاقة بين الحالات.

يتم تحديد الطاقة المنبعثة أو الممتصة ؛ إنها طاقة تتميز بها كميات محددة. يمكن وصف حالات الطاقة المسموح بها هذه من خلال مجموعات من الأرقام تسمى أرقام الكم.

يمكن وصف ترتيب الإلكترون في الذرة بواسطة أربعة أعداد كمية: ن، ل، م_ل_ وم_س. هذه تتعلق بمستوى الطاقة ، وقشرة الإلكترون الفرعية ، والاتجاه المداري والدوران ، على التوالي.

يتم تحديد الرقم الكمي الأول بواسطة ن وهو مستوى الطاقة الرئيسي.

يخبر تعريف مستوى الطاقة الرئيسي المراقب عن حجم المدار ويحدد الطاقة. زيادة في ن هي زيادة في الطاقة ، وهذا يعني أيضًا أن الإلكترون بعيدًا عن النواة.

يمكن أن يأخذ الرقم الكمي الأول قيمًا متكاملة فقط ، بدءًا من 1 ؛ ن = 1, 2, 3, 4... كل مستوى طاقة يتوافق مع حرف أيضًا: ن = 1 (ك) ، 2 (ل) ، 3 (م) ، 4 (ن) ...

لحساب مقدار المدارات من الرقم الكمي الرئيسي ، استخدم ن². هناك ن² مدارات لكل مستوى من مستويات الطاقة. ل n = 1 ، هناك 1² أو مدار واحد. بالنسبة إلى n = 2 ، هناك 2² أو أربع مدارات. ل ن = 3 هناك تسعة مدارات ، ل ن = 4 هناك 16 مدارات ، ل ن = 5 هناك 5² = 25 مدارات ، وما إلى ذلك.

الصيغة 2 لحساب الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في كل مستوى طاقةن² يمكن استخدامها ، حيث ن هو مستوى الطاقة الرئيسي (رقم الكم الأول). على سبيل المثال ، مستوى الطاقة 1 ، 2 (1)² يحسب إلى إلكترونين محتملين يتناسبان مع مستوى الطاقة الأول.

يشير الرقم الكمي الثاني إلى المستويات الفرعية ويتم تحديده بالحرف ل. يشير هذا الرقم الكمي إلى الأجزاء الفرعية للإلكترون والشكل العام لسحابة الإلكترون.

أول رقمين كميين مرتبطان. لأي معين ن, ل يمكن أن يأخذ أي تكامل يبدأ بـ 0 إلى أقصى حد (ن – 1); ل = 0, 1, 2, 3 ...

المستويات الكمومية ل = 0 ، 1 ، 2 ، 3 تتوافق مع الأجزاء الفرعية للإلكترون s ، p ، d ، f ، على التوالي. شكل s كروي ، p على شكل ثمانية ، والمداري d و f لهما تصميم أكثر تعقيدًا ، يتضمن في الغالب مدارات على شكل البرسيم.

يمكن أن تحتوي كل قشرة إلكترونية فرعية على كمية معينة من الإلكترونات ، s = 2 ، p = 6 ، d = 10 و f = 14.

الرقم الكمي الثالث m__ل_ ، يشير إلى كيفية توجيه سحابة الإلكترون في الفضاء.

يمكن أن يكون لهذا الرقم الكمي أي قيمة متكاملة ، بما في ذلك 0 ، بين ل و -ل (الرقم الكمي الثاني) ، أو m__ل = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -ل

ل ل = 0 ، يوجد 1 م فقط_ل القيمة ، أيضًا 0. يحتوي هذا على مدار واحد فقط. بالنسبة إلى المدار p ، m_ل_ = 1, 0, -1. هذا يتوافق مع المدارات الثلاثة p في ثلاثة اتجاهات مختلفة ، ص_x، ص_ذ، ص_ض، المقابلة لمحور x و y و z ثلاثي الأبعاد.

الرقم الكمي الرابع يعين الدوران في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة.

الإلكترون عبارة عن جسيم مشحون يدور على محور وبالتالي له خصائص مغناطيسية. لا يرتبط هذا الرقم الكمي بـ n ، لم_ل، ويمكن أن تحتوي على قيمتين محتملتين فقط: +1/2 أو -1/2.

تسمح إضافة الرقم الكمي الرابع للإلكترونات بالملء في المدارات دون كسر مبدأ استبعاد باولي. ينص هذا على أنه لا يمكن أن يكون لإلكترونين نفس المجموعة المكونة من أربعة أرقام كمومية.

تذكر أن إيجاد مقدار المدارات في مستوى الطاقة يمكن اشتقاقه من الصيغة ن². بالنسبة لمستوى الطاقة 3 ، n = (3)² أو تسعة مدارات.

يمكن إجراء عملية حسابية أكثر اكتمالاً باستخدام المعلومات من الأرقام الكمية أعلاه. ل ن = 3 ، قيم ل يمكن إضافته. ل ل = 0 ، يوجد مدار واحد فقط ، م_ل = 0. ل ل = 1 ، هناك ثلاث قيم (م_ل = ،1 أو 0 أو +1). ل ل = 2 ، هناك خمس قيم ممكنة (م_ل = −2، −1، 0، +1 أو +2). لذا فإن إضافة الاحتمالات تعطي 1 + 3 + 5 = 9 مدارات في المجموع.