各エネルギー準位の軌道数を見つける方法

エネルギー準位と軌道は、原子の電子構造を説明するのに役立ちます。 それらは電子が原子内でどのように配置されるかを指定し、そのようなエネルギーの記述は量子論から導き出されます。

量子論は、原子は特定のエネルギー状態でのみ存在できると仮定しています。 原子、または相関関係による電子が状態を変化させると、状態間のエネルギー差に等しい量のエネルギーを吸収または放出します。

放出または吸収されるエネルギーは量子化されます。 それはによって特徴付けられるエネルギーです 一定額. これらの許容されるエネルギー状態は、量子数と呼ばれる一連の数で表すことができます。

原子内の電子の配置は、次のように記述できます。 4つの量子数：n、 l、m__l_ そしてM_s. これらは、それぞれエネルギー準位、電子サブシェル、軌道方向、スピンに関連しています。

最初の量子数はによって指定されます n とは主要なエネルギーレベルです。

主要なエネルギー準位の定義は、観測者に軌道のサイズを伝え、エネルギーを決定します。 の増加 n はエネルギーの増加であり、これは電子が原子核から遠く離れていることも意味します。

最初の量子数は、1から始まる整数値のみを取ることができます。 n = 1, 2, 3, 4... 各エネルギーレベルは文字にも対応しています。 n = 1（K）、2（L）、3（M）、4（N）..。

主量子数から軌道量を計算するには、次を使用します。 n². nがあります² 各エネルギー準位の軌道。 nの場合 = 1、1があります² または1つの軌道。 n = 2の場合、2つあります² または4つの軌道。 にとって n = 39つの軌道があります。 n = 4 16の軌道があり、 n = 55があります² = 25軌道など。

各エネルギー準位の電子の最大数を計算するには、式2n² 使用できる場所 n は主エネルギー準位（最初の量子数）です。 たとえば、エネルギーレベル1、2（1）² 最初のエネルギー準位に適合する2つの可能な電子を計算します。

2番目の量子数はサブレベルを示し、文字で示されます l. この量子数は、電子のサブシェルと電子雲の一般的な形状を示します。

最初の2つの量子数は関連しています。 任意の与えられた n, l 0から最大（n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

量子レベル、 l = 0、1、2、3は、それぞれ電子サブシェルs、p、d、fに対応します。 sの形状は球形、pは8の字型、d軌道とf軌道はより複雑な設計で、主にクローバー型の軌道を含みます。

各電子サブシェルには、一定量の電子、s = 2、p = 6、d = 10、およびf = 14を含めることができます。

3番目の量子数m__l_は、電子雲が空間にどのように向けられているかを示します。

この量子数は、0を含む任意の整数値を持つことができます。 l および–l （2番目の量子数）、または、m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

にとって l = 0、1m_しかありません_l 値も0です。 これには1つの軌道しか含まれていません。 p軌道の場合、m_l_ = 1, 0, -1. これは、3つの異なる方向の3つのp軌道に対応します。_バツ、p_y、p_z、3次元のx、y、z軸に対応します。

4番目の量子数は、時計回りまたは反時計回りのスピンを示します。

電子は軸上を回転する荷電粒子であるため、磁気特性を持っています。 この量子数はnとは関係ありません。 l、m_l、および2つの可能な値のみを持つことができます：+1/2または-1/2。

4番目の量子数を追加すると、パウリの排他原理を破ることなく、電子が軌道を埋めることができます。 これは、2つの電子が4つの量子数の同じセットを持つことはできないことを示しています。

エネルギー準位の軌道の量を見つけることは、次の式で導き出すことができることを思い出してください。 n². エネルギーレベル3の場合、n =（3）² または9つの軌道。

上記の量子数からの情報を使用して、より完全な計算を行うことができます。 にとって n = 3、の値 l 追加することができます。 にとって l = 0、軌道は1つだけ、 m_l = 0. にとって l = 1、3つの値があります（m_l = -1、0または+1）。 にとって l = 2、5つの可能な値があります（m_l = −2、−1、0、+ 1または+2）。 したがって、可能性を追加すると、合計で1 + 3 + 5 = 9軌道になります。