Kuidas leida orbitaalide arvu igal energiatasemel

Energiatase ja orbitaalid aitavad kirjeldada aatomi elektroonilist struktuuri. Nad määravad, kuidas elektronid aatomites paiknevad, ja selliste energiate kirjeldus tuleneb kvantteooriast.

Kvantteooria postuleerib, et aatomid võivad eksisteerida ainult teatud energiaseisundites. Kui aatom või korrelatsiooniga elektron muudab olekut, neelab või kiirgab see energiat, mis on võrdne olekutevahelise energiaerinevusega.

Emitatava või neeldunud energia kvantifitseeritakse; see on energia, mida iseloomustab kindlad summad. Neid lubatud energiaseisundeid saab kirjeldada kvantarvudeks nimetatud numbrikomplektidega.

Elektroni paigutust aatomis saab kirjeldada järgmiselt neli kvantarvu: n, l, m__l_ ja m_s. Need on seotud vastavalt energiataseme, elektronide alamkestade, orbiidi suuna ja pöörlemisega.

Esimese kvantarvu tähistab n ja on peamine energiatase.

Peamine energiataseme määratlus ütleb vaatlejale orbiidi suuruse ja määrab energia. Suurenemine n on energia suurenemine ja see tähendab ka, et elektron asub tuumast kaugemal.

Esimene kvantarv võib võtta ainult integraalseid väärtusi, algusega 1; n = 1, 2, 3, 4... Iga energiatase vastab ka tähele: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Orbitaalide hulga arvutamiseks peamise kvantarvu põhjal kasutage n². Neid on n² orbiidid iga energiataseme jaoks. Sest n = 1, on 1² või üks orbiit. Kui n = 2, on 2² või neli orbitaali. Sest n = 3 orbitaali on üheksa jaoks n = 4 on 16 orbitaali n = 5 on 5² = 25 orbitaali jne.

Maksimaalse elektronide arvu arvutamiseks igal energiatasemel valem 2n² saab kasutada, kus n on peamine energiatase (esimene kvantarv). Näiteks energiatase 1, 2 (1)² arvutab kahele võimalikule elektronile, mis mahuvad esimesse energiatasemesse.

Teine kvantarv tähistab alatasemeid ja tähistatakse tähega l. See kvantarv tähistab elektronide alamkihte ja elektronpilve üldist kuju.

Kaks esimest kvantarvu on omavahel seotud. Iga konkreetse n, l võib võtta mis tahes integraali, mis algab 0-st kuni (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvanttasemed, l = 0, 1, 2, 3 vastavad vastavalt elektronide alamkestadele s, p, d, f. S on sfääriline, p on kaheksakuju ning d- ja f-orbitaal on keerukama kujundusega, hõlmates enamasti ristikukujulisi orbitaale.

Iga elektronkiht võib sisaldada teatud kogust elektrone, s = 2, p = 6, d = 10 ja f = 14.

Kolmas kvantarv m__l_ tähistab seda, kuidas elektronpilv on ruumis suunatud.

Selle kvantarvu vahel võib olla mis tahes integraalne väärtus, sealhulgas 0 l ja -l (teine ​​kvantarv) või, m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

Sest l = 0, on ainult 1 m__l väärtus, ka 0. See sisaldab ainult ühte orbiiti. P orbitaali jaoks on m_l_ = 1, 0, -1. See vastab kolmele orbitaalile kolmes erinevas suunas, lk_x, lk_y, lk_z, mis vastab kolmemõõtmelisele teljele x, y ja z.

Neljas kvantarv tähistab pöörlemist päripäeva või vastupäeva.

Elektron on teljel pöörlev laetud osake, millel on seetõttu magnetilised omadused. See kvantarv pole seotud n-ga, l, m_lja sellel võib olla ainult kaks võimalikku väärtust: +1/2 või -1/2.

Neljanda kvantarvu lisamine võimaldab elektronidel täita orbitaale, rikkumata Pauli välistamise põhimõtet. See kinnitab, et kahel elektronil ei saa olla sama nelja kvantarvu komplekti.

Tuletame meelde, et orbitaalide hulga leidmine energiatasemel saab tuletada valemiga n². 3. energiataseme puhul n = (3)² või üheksa orbitaali.

Täielikuma arvutuse saab teha, kasutades ülaltoodud kvantarvude teavet. Sest n = 3, väärtused l saab lisada. Sest l = 0, on ainult üks orbiit, m_l = 0. Sest l = 1, on kolm väärtust (m_l = −1, 0 või +1). Sest l = 2, on viis võimalikku väärtust (m_l = −2, −1, 0, +1 või +2). Seega annab võimaluste liitmine kokku 1 + 3 + 5 = 9 orbitaali.