Jak zjistit počet orbitalů v každé energetické úrovni

Úrovně energie a orbitaly pomáhají popsat elektronovou strukturu atomu. Určují, jak jsou elektrony uspořádány v atomech, a popis těchto energií je odvozen z kvantové teorie.

Kvantová teorie předpokládá, že atomy mohou existovat pouze v určitých energetických stavech. Pokud atom nebo elektron korelací změní stav, absorbuje nebo vydá takové množství energie, které se rovná energetickému rozdílu mezi stavy.

Vyzařovaná nebo absorbovaná energie je kvantována; je to energie charakterizovaná určité částky. Tyto povolené energetické stavy lze popsat množinami čísel zvaných kvantová čísla.

Uspořádání elektronu v atomu lze popsat čtyři kvantová čísla: n, l, m__l_ a m_s. Ty se týkají energetické úrovně, elektronových skořápek, orbitálního směru a rotace.

První kvantové číslo je označeno n a je hlavní úrovní energie.

Definice hlavní energetické úrovně říká pozorovateli velikost orbity a určuje energii. Nárůst v n je nárůst energie, a to také znamená, že elektron je dále od jádra.

První kvantové číslo může nabývat pouze integrálních hodnot, počínaje 1; n = 1, 2, 3, 4... Každá úroveň energie odpovídá také písmenu: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Chcete-li vypočítat množství orbitalů z hlavního kvantového čísla, použijte n². Existuje n² orbitaly pro každou energetickou hladinu. Pro n = 1, je 1² nebo jeden orbitální. Pro n = 2 jsou 2² nebo čtyři orbitaly. Pro n = 3 existuje devět orbitalů pro n = 4 existuje 16 orbitalů pro n = 5 je 5² = 25 orbitalů atd.

Pro výpočet maximálního počtu elektronů v každé energetické úrovni použijte vzorec 2n² lze použít, kde n je hlavní energetická úroveň (první kvantové číslo). Například energetická úroveň 1, 2 (1)² vypočítá na dva možné elektrony, které se vejdou do první energetické úrovně.

Druhé kvantové číslo označuje podúrovně a je označeno písmenem l. Toto kvantové číslo označuje elektronové dílčí skořápky a obecný tvar elektronového mraku.

První dvě kvantová čísla spolu souvisejí. Pro všechny dané n, l může nabrat jakýkoli integrál počínaje od 0 do maxima (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvantové úrovně, l = 0, 1, 2, 3 odpovídají elektronovým dílčím skořápkám s, p, d, f. Tvar s je sférický, p má tvar osmičky a orbitaly d a f mají složitější design a většinou zahrnují jetelkovité orbitaly.

Každá elektronová subshell může obsahovat určité množství elektronů, s = 2, p = 6, d = 10 af = 14.

Třetí kvantové číslo m__l_, označuje, jak je elektronový mrak směrován do prostoru.

Toto kvantové číslo může mít jakoukoli integrální hodnotu, včetně 0, mezi l a -l (druhé kvantové číslo) nebo m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

Pro l = 0, zbývá jen 1 m__l hodnota, také 0. Obsahuje pouze jeden orbitál. Pro orbitál p. M_l_ = 1, 0, -1. To odpovídá třem p orbitalům ve třech různých směrech, str_X, str_y, str_z, což odpovídá trojrozměrné ose x, yaz.

Čtvrté kvantové číslo označuje otáčení ve směru nebo proti směru hodinových ručiček.

Elektron je nabitá částice rotující na ose, a proto má magnetické vlastnosti. Toto kvantové číslo nesouvisí s n, l, m_l, a může mít pouze dvě možné hodnoty: +1/2 nebo -1/2.

Přidání čtvrtého kvantového čísla umožňuje elektronům vyplnit se na orbitaly, aniž by došlo k porušení Pauliho vylučovacího principu. To říká, že žádné dva elektrony nemohou mít stejnou sadu čtyř kvantových čísel.

Připomeňme, že zjištění množství orbitalů v energetické úrovni lze odvodit podle vzorce n². Pro energetickou hladinu 3, n = (3)² nebo devět orbitalů.

Podrobnější výpočet lze provést pomocí informací z výše uvedených kvantových čísel. Pro n = 3, hodnoty l lze přidat. Pro l = 0, existuje pouze jeden orbitál, m_l = 0. Pro l = 1, existují tři hodnoty (m_l = -1, 0 nebo +1). Pro l = 2, existuje pět možných hodnot (m_l = −2, −1, 0, +1 nebo +2). Přidání možností tedy dává celkem 1 + 3 + 5 = 9 orbitalů.