Kā atrast orbitāļu skaitu katrā enerģijas līmenī

Enerģijas līmeņi un orbitāles palīdz aprakstīt atoma elektronisko struktūru. Viņi norāda, kā elektroni ir izvietoti atomos, un šādu enerģiju apraksts ir iegūts no kvantu teorijas.

Kvantu teorija apgalvo, ka atomi var pastāvēt tikai noteiktos enerģijas stāvokļos. Ja atoms vai elektrons ar korelāciju maina stāvokli, tas absorbē vai izstaro enerģijas daudzumu, kas vienāds ar enerģijas starpību starp stāvokļiem.

Emitētā vai absorbētā enerģija tiek kvantificēta; tā ir enerģija, kurai raksturīga noteiktas summas. Šos atļautos enerģijas stāvokļus var aprakstīt ar skaitļu kopām, ko sauc par kvantu skaitļiem.

Elektrona izkārtojumu atomā var raksturot ar četri kvantu skaitļi: n, l, m__l_ un m_s. Tie attiecas attiecīgi uz enerģijas līmeni, elektronu apakššūnu, orbītas virzienu un griešanos.

Pirmo kvantu numuru apzīmē ar n un ir galvenais enerģijas līmenis.

Galvenā enerģijas līmeņa definīcija norāda novērotājam orbītas lielumu un nosaka enerģiju. Pieaugums

Pirmajam kvantu skaitam var būt tikai integrālās vērtības, sākot ar 1; n = 1, 2, 3, 4... Katrs enerģijas līmenis atbilst arī burtam: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Lai aprēķinātu orbitāļu daudzumu no galvenā kvantu skaitļa, izmantojiet n². Ir n² orbitāles katram enerģijas līmenim. Par n = 1, ir 1² vai viena orbīta. Ja n = 2, ir 2² vai četras orbitāles. Priekš n = 3 ir deviņas orbitāles n = 4 ir 16 orbitāles n = 5 ir 5² = 25 orbitāles utt.

Lai aprēķinātu maksimālo elektronu skaitu katrā enerģijas līmenī, izmantojiet 2. formulun² var izmantot, kur n ir galvenais enerģijas līmenis (pirmais kvantu skaitlis). Piemēram, enerģijas līmenis 1, 2 (1)² aprēķina diviem iespējamiem elektroniem, kas iekļausies pirmajā enerģijas līmenī.

Otrais kvantu skaitlis apzīmē apakšlīmeņus un tiek apzīmēts ar burtu l. Šis kvantu skaitlis apzīmē elektronu apakššūnas un elektronu mākoņa vispārējo formu.

Pirmie divi kvantu skaitļi ir saistīti. Par jebkuru n, l var uzņemt jebkuru integrālu, sākot ar 0, bet ne vairāk kā (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvantu līmeņi, l = 0, 1, 2, 3 atbilst attiecīgi elektronu apakššūnām s, p, d, f. S forma ir sfēriska, p ir astoņciparu forma, un d un f orbitālēm ir sarežģītāks dizains, galvenokārt iesaistot āboliņa formas orbitāles.

Katrā elektronu apakš apvalkā var būt noteikts daudzums elektronu, s = 2, p = 6, d = 10 un f = 14.

Trešais kvantu skaitlis m__l_, norāda, kā elektronu mākonis tiek virzīts kosmosā.

Šim kvantu skaitlim var būt jebkura integrālā vērtība, ieskaitot 0 l un -l (otrais kvantu skaitlis), vai, m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

Priekš l = 0, ir tikai 1 m__l vērtība, arī 0. Tas satur tikai vienu orbitālu. P orbitālai m_l_ = 1, 0, -1. Tas atbilst trim p orbitālēm trīs dažādos virzienos, p_xlpp_ylpp_z, kas atbilst trīsdimensiju x, y un z asij.

Ceturtais kvantu skaitlis apzīmē griešanos pulksteņrādītāja kustības virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Elektrons ir lādēta daļiņa, kas griežas uz ass, un tāpēc tai ir magnētiskas īpašības. Šis kvantu skaitlis nav saistīts ar n, l, m_l, un tām var būt tikai divas iespējamās vērtības: +1/2 vai -1/2.

Ceturtā kvantu skaitļa pievienošana ļauj elektroniem piepildīties orbitālēs, nepārkāpjot Pauli izslēgšanas principu. Tas norāda, ka diviem elektroniem nevar būt vienāda četru kvantu skaitļu kopa.

Atgādināsim, ka orbītas daudzumu enerģijas līmenī var noteikt pēc formulas n². 3. enerģijas līmenim n = (3)² vai deviņas orbitāles.

Pilnīgāku aprēķinu var veikt, izmantojot iepriekš minēto kvantu skaitļu informāciju. Priekš n = 3, vērtības l var pievienot. Priekš l = 0, ir tikai viena orbitāle, m_l = 0. Priekš l = 1, ir trīs vērtības (m_l = −1, 0 vai +1). Priekš l = 2, ir piecas iespējamās vērtības (m_l = −2, −1, 0, +1 vai +2). Tātad, pievienojot iespējas, kopumā iegūst 1 + 3 + 5 = 9 orbitāles.