Πώς να βρείτε τον αριθμό των τροχιακών σε κάθε ενεργειακό επίπεδο

Τα επίπεδα ενέργειας και τα τροχιακά βοηθούν στην περιγραφή της ηλεκτρονικής δομής ενός ατόμου. Καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα μέσα στα άτομα και η περιγραφή τέτοιων ενεργειών προέρχεται από την κβαντική θεωρία.

Η κβαντική θεωρία υποστηρίζει ότι τα άτομα μπορούν να υπάρχουν μόνο σε ορισμένες ενεργειακές καταστάσεις. Εάν ένα άτομο, ή ένα ηλεκτρόνιο με συσχέτιση, αλλάξει κατάσταση, απορροφά ή εκπέμπει ποσότητα ενέργειας ίση με την ενεργειακή διαφορά μεταξύ των καταστάσεων.

Η ενέργεια που εκπέμπεται ή απορροφάται ποσοτικοποιείται. είναι ενέργεια που χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένα ποσά. Αυτές οι επιτρεπόμενες ενεργειακές καταστάσεις μπορούν να περιγραφούν με σύνολα αριθμών που ονομάζονται κβαντικοί αριθμοί.

Η διάταξη ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο μπορεί να περιγραφεί από τέσσερις κβαντικοί αριθμοί: ν, μεγάλο, Μ__μεγάλο_ και μ_μικρό. Αυτά σχετίζονται με το επίπεδο ενέργειας, τα υποκύτταρα ηλεκτρονίων, την τροχιακή κατεύθυνση και την περιστροφή, αντίστοιχα.

Ο πρώτος κβαντικός αριθμός ορίζεται από ν και είναι το κύριο επίπεδο ενέργειας.

Ο κύριος ορισμός ενεργειακού επιπέδου λέει στον παρατηρητή το μέγεθος του τροχιακού και καθορίζει την ενέργεια. Μια αύξηση σε ν είναι μια αύξηση της ενέργειας, και αυτό σημαίνει επίσης ότι το ηλεκτρόνιο βρίσκεται πιο μακριά από τον πυρήνα.

Ο πρώτος κβαντικός αριθμός μπορεί να λάβει μόνο ακέραιες τιμές, ξεκινώντας από 1. ν = 1, 2, 3, 4... Κάθε επίπεδο ενέργειας αντιστοιχεί επίσης σε ένα γράμμα: ν = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Για να υπολογίσετε την ποσότητα των τροχιακών από τον κύριο κβαντικό αριθμό, χρησιμοποιήστε το ν². Υπάρχουν ν² τροχιακά για κάθε επίπεδο ενέργειας. Για n = 1, υπάρχει 1² ή ένα τροχιακό. Για n = 2, υπάρχουν 2² ή τέσσερα τροχιακά. Για ν = 3 υπάρχουν εννέα τροχιακά, για ν = 4 υπάρχουν 16 τροχιακά, για ν = 5 υπάρχουν 5² = 25 τροχιακά κ.ο.κ.

Για τον υπολογισμό του μέγιστου αριθμού ηλεκτρονίων σε κάθε επίπεδο ενέργειας, ο τύπος 2ν² μπορεί να χρησιμοποιηθεί, όπου ν είναι το κύριο επίπεδο ενέργειας (πρώτος κβαντικός αριθμός). Για παράδειγμα, επίπεδο ενέργειας 1, 2 (1)² υπολογίζει σε δύο πιθανά ηλεκτρόνια που θα χωρέσουν στο πρώτο επίπεδο ενέργειας.

Ο δεύτερος κβαντικός αριθμός υποδηλώνει υποεπίπεδα και ορίζεται με το γράμμα μεγάλο. Αυτός ο κβαντικός αριθμός υποδηλώνει υποκύτταρα ηλεκτρονίων και το γενικό σχήμα του νέφους ηλεκτρονίων.

Οι δύο πρώτοι κβαντικοί αριθμοί σχετίζονται. Για κάθε δεδομένο ν, μεγάλο μπορεί να πάρει οποιοδήποτε ακέραιο ξεκινώντας από 0 έως το πολύ (ν – 1); μεγάλο = 0, 1, 2, 3 ...

Τα κβαντικά επίπεδα, μεγάλο = 0, 1, 2, 3 αντιστοιχούν στα υποκύτταρα ηλεκτρονίων s, p, d, f, αντίστοιχα. Το σχήμα του s είναι σφαιρικό, το p έχει σχήμα οκτώ και τα τροχιακά d και f έχουν πιο περίπλοκο σχεδιασμό, κυρίως με τροχιές σε σχήμα τριφυλλιού.

Κάθε υποσύνολο ηλεκτρονίων μπορεί να περιέχει μια συγκεκριμένη ποσότητα ηλεκτρονίων, s = 2, p = 6, d = 10 και f = 14.

Ο τρίτος κβαντικός αριθμός m__μεγάλο_, δηλώνει πώς κατευθύνεται το σύννεφο ηλεκτρονίων στο διάστημα.

Αυτός ο κβαντικός αριθμός μπορεί να έχει οποιαδήποτε ολοκληρωμένη τιμή, συμπεριλαμβανομένου του 0, μεταξύ μεγάλο και -μεγάλο (ο δεύτερος κβαντικός αριθμός), ή, m__μεγάλο = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -μεγάλο

Για μεγάλο = 0, υπάρχει μόνο 1 m__μεγάλο τιμή, επίσης 0. Αυτό περιέχει μόνο ένα τροχιακό. Για τροχιακό p, m_μεγάλο_ = 1, 0, -1. Αυτό αντιστοιχεί στα τρία τροχιακά p σε τρεις διαφορετικές κατευθύνσεις, σελ_Χ, Π_ε, Π_ζ, που αντιστοιχεί στον τρισδιάστατο άξονα x, y και z.

Ο τέταρτος κβαντικός αριθμός δηλώνει δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα.

Ένα ηλεκτρόνιο είναι ένα φορτισμένο σωματίδιο που περιστρέφεται σε έναν άξονα και επομένως έχει μαγνητικές ιδιότητες. Αυτός ο κβαντικός αριθμός δεν σχετίζεται με το n, μεγάλο, Μ_μεγάλοκαι μπορεί να έχει μόνο δύο πιθανές τιμές: +1/2 ή -1/2.

Η προσθήκη του τέταρτου κβαντικού αριθμού επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να γεμίζουν σε τροχιακά χωρίς να παραβιάζεται η αρχή αποκλεισμού Pauli. Αυτό δηλώνει ότι κανένα δύο ηλεκτρόνια δεν μπορεί να έχει το ίδιο σύνολο τεσσάρων κβαντικών αριθμών.

Θυμηθείτε ότι η εύρεση της ποσότητας των τροχιακών σε επίπεδο ενέργειας μπορεί να προκύψει από τον τύπο ν². Για το επίπεδο ενέργειας 3, n = (3)² ή εννέα τροχιακά.

Ένας πιο ολοκληρωμένος υπολογισμός μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες από τους κβαντικούς αριθμούς παραπάνω. Για ν = 3, οι τιμές του μεγάλο μπορεί να προστεθεί. Για μεγάλο = 0, υπάρχει μόνο ένα τροχιακό, Μ_μεγάλο = 0. Για μεγάλο = 1, υπάρχουν τρεις τιμές (Μ_μεγάλο = −1, 0 ή +1). Για μεγάλο = 2, υπάρχουν πέντε πιθανές τιμές (Μ_μεγάλο = −2, −1, 0, +1 ή +2). Έτσι, η προσθήκη των δυνατοτήτων δίνει 1 + 3 + 5 = 9 τροχιακά συνολικά.