Comment trouver le nombre d'orbitales dans chaque niveau d'énergie

Les niveaux d'énergie et les orbitales aident à décrire la structure électronique d'un atome. Ils désignent la façon dont les électrons sont disposés dans les atomes, et la description de ces énergies est dérivée de la théorie quantique.

La théorie quantique postule que les atomes ne peuvent exister que dans certains états d'énergie. Si un atome, ou un électron par corrélation, change d'état, il absorbe ou émet une quantité d'énergie égale à la différence d'énergie entre les états.

L'énergie émise ou absorbée est quantifiée; c'est une énergie caractérisée par montants définis. Ces états d'énergie autorisés peuvent être décrits par des ensembles de nombres appelés nombres quantiques.

L'arrangement d'un électron dans un atome peut être décrit par quatre nombres quantiques: n, je, m__je_ et M_s. Ceux-ci concernent respectivement le niveau d'énergie, les sous-couches d'électrons, la direction orbitale et le spin.

Le premier nombre quantique est désigné par m et est le niveau d'énergie principal.

La définition du niveau d'énergie principal indique à l'observateur la taille de l'orbitale et détermine l'énergie. Une augmentation de m est une augmentation d'énergie, ce qui signifie également que l'électron est plus éloigné du noyau.

Le premier nombre quantique ne peut prendre que des valeurs entières, commençant par 1; m = 1, 2, 3, 4... Chaque niveau d'énergie correspond également à une lettre: m = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Pour calculer le nombre d'orbitales à partir du nombre quantique principal, utilisez m². Il y a n² orbitales pour chaque niveau d'énergie. Pour n = 1, il y a 1² ou une orbitale. Pour n = 2, il y a 2² ou quatre orbitales. Pour m = 3 il y a neuf orbitales, pour m = 4 il y a 16 orbitales, pour m = 5 il y a 5² = 25 orbitales, et ainsi de suite.

Pour calculer le nombre maximum d'électrons dans chaque niveau d'énergie, la formule 2m² peut être utilisé, où m est le niveau d'énergie principal (premier nombre quantique). Par exemple, niveau d'énergie 1, 2(1)² calcule à deux électrons possibles qui s'intégreront dans le premier niveau d'énergie.

Le deuxième nombre quantique désigne les sous-niveaux et est désigné par la lettre je. Ce nombre quantique désigne les sous-couches d'électrons et la forme générale du nuage d'électrons.

Les deux premiers nombres quantiques sont liés. Pour toute donnée m, je peut prendre n'importe quelle intégrale commençant par 0 jusqu'à un maximum de (m – 1); je = 0, 1, 2, 3 ...

Les niveaux quantiques, je = 0, 1, 2, 3 correspondent aux sous-couches électroniques s, p, d, f, respectivement. La forme de s est sphérique, p est en forme de huit et les orbitales d et f ont une conception plus complexe, impliquant principalement des orbitales en forme de trèfle.

Chaque sous-couche électronique peut contenir une certaine quantité d'électrons, s = 2, p = 6, d = 10 et f = 14.

Le troisième nombre quantique m__je_, désigne la façon dont le nuage d'électrons est dirigé dans l'espace.

Ce nombre quantique peut avoir n'importe quelle valeur entière, y compris 0, entre je et -je (le deuxième nombre quantique), ou, m__je = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -je

Pour je = 0, il n'y a que 1 m__je valeur, également 0. Celui-ci ne contient qu'une seule orbitale. Pour une orbitale p, m_je_ = 1, 0, -1. Cela correspond aux trois orbitales p dans trois directions différentes, p_X, p_oui, p_z, correspondant aux axes tridimensionnels x, y et z.

Le quatrième nombre quantique désigne la rotation dans le sens horaire ou antihoraire.

Un électron est une particule chargée qui tourne sur un axe et qui a donc des propriétés magnétiques. Ce nombre quantique n'est pas lié à n, je, m_je, et ne peut avoir que deux valeurs possibles: +1/2 ou -1/2.

L'ajout du quatrième nombre quantique permet aux électrons de se remplir dans les orbitales sans rompre le principe d'exclusion de Pauli. Cela indique que deux électrons ne peuvent pas avoir le même ensemble de quatre nombres quantiques.

Rappelez-vous que trouver la quantité d'orbitales dans un niveau d'énergie peut être dérivé par la formule m². Pour le niveau énergétique 3, n = (3)² ou neuf orbitales.

Un calcul plus complet peut être effectué en utilisant les informations des nombres quantiques ci-dessus. Pour m = 3, les valeurs de je peut être ajouté. Pour je = 0, il n'y a qu'une seule orbitale, m_je = 0. Pour je = 1, il y a trois valeurs (m_je = -1, 0 ou +1). Pour je = 2, il y a cinq valeurs possibles (m_je = -2, -1, 0, +1 ou +2). Donc additionner les possibilités donne 1 + 3 + 5 = 9 orbitales au total.