Hoe het aantal orbitalen in elk energieniveau te vinden?

Energieniveaus en orbitalen helpen de elektronische structuur van een atoom te beschrijven. Ze geven aan hoe elektronen in atomen zijn gerangschikt, en de beschrijving van dergelijke energieën is afgeleid van de kwantumtheorie.

De kwantumtheorie stelt dat atomen alleen in bepaalde energietoestanden kunnen bestaan. Als een atoom, of een elektron door correlatie, van toestand verandert, absorbeert of straalt het een hoeveelheid energie uit die gelijk is aan het energieverschil tussen de toestanden.

De uitgestraalde of geabsorbeerde energie wordt gekwantiseerd; het is energie die wordt gekenmerkt door: bepaalde bedragen. Deze toegestane energietoestanden kunnen worden beschreven door reeksen getallen die kwantumgetallen worden genoemd.

De rangschikking van een elektron in een atoom kan worden beschreven door: vier kwantumgetallen: nee, ik, m__ik_ en M_zo. Deze hebben betrekking op respectievelijk energieniveau, elektronensubschillen, orbitale richting en spin.

Het eerste kwantumgetal wordt aangeduid met nee en is het belangrijkste energieniveau.

De belangrijkste definitie van het energieniveau vertelt de waarnemer de grootte van de orbitaal en bepaalt de energie. Een toename van nee is een toename in energie, en dit betekent ook dat het elektron verder van de kern verwijderd is.

Het eerste kwantumgetal kan alleen integrale waarden aannemen, beginnend met 1; nee = 1, 2, 3, 4... Elk energieniveau komt ook overeen met een letter: nee = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Om het aantal orbitalen uit het hoofdkwantumgetal te berekenen, gebruik nee². er zijn geen² orbitalen voor elk energieniveau. voor n = 1, er is 1² of één orbitaal. Voor n = 2 zijn er 2² of vier orbitalen. Voor nee = 3 er zijn negen orbitalen, voor nee = 4 er zijn 16 orbitalen, voor nee = 5 er zijn 5² = 25 orbitalen, enzovoort.

Om het maximale aantal elektronen in elk energieniveau te berekenen, is de formule 2nee² kan worden gebruikt, waar nee is het belangrijkste energieniveau (eerste kwantumgetal). Bijvoorbeeld energieniveau 1, 2(1)² berekent naar twee mogelijke elektronen die in het eerste energieniveau passen.

Het tweede kwantumgetal geeft subniveaus aan en wordt aangeduid met de letter ik. Dit kwantumgetal geeft elektronensubschillen en de algemene vorm van de elektronenwolk aan.

De eerste twee kwantumgetallen zijn gerelateerd. Voor elk gegeven nee, ik kan elke integraal aannemen beginnend met 0 tot een maximum van (nee – 1); ik = 0, 1, 2, 3 ...

De kwantumniveaus, ik = 0, 1, 2, 3 komen overeen met respectievelijk de elektronensubschillen s, p, d, f. De vorm van s is bolvormig, p is achtvormig en de d- en f-orbitalen hebben een ingewikkelder ontwerp, meestal met klavervormige orbitalen.

Elke elektronensubschil kan een bepaald aantal elektronen bevatten, s = 2, p = 6, d = 10 en f = 14.

Het derde kwantumgetal m__ik_, geeft aan hoe de elektronenwolk in de ruimte wordt gericht.

Dit kwantumgetal kan elke integrale waarde hebben, inclusief 0, tussen ik en -ik (het tweede kwantumgetal), of, m__ik = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -ik

Voor ik = 0, er is maar 1 m__ik waarde, ook 0. Deze bevat slechts één orbitaal. Voor een p-orbitaal, m_ik_ = 1, 0, -1. Dit komt overeen met de drie p-orbitalen in drie verschillende richtingen, p_X, p_ja, p_z, overeenkomend met de driedimensionale x-, y- en z-as.

Het vierde kwantumgetal duidt spin met de klok mee of tegen de klok in aan.

Een elektron is een geladen deeltje dat rond een as draait en daarom magnetische eigenschappen heeft. Dit kwantumgetal is niet gerelateerd aan n, ik, m_ik, en kan slechts twee mogelijke waarden hebben: +1/2 of -1/2.

De toevoeging van het vierde kwantumgetal stelt elektronen in staat om orbitalen te vullen zonder het Pauli-uitsluitingsprincipe te doorbreken. Dit stelt dat geen twee elektronen dezelfde set van vier kwantumgetallen kunnen hebben.

Bedenk dat het vinden van de hoeveelheid orbitalen in een energieniveau kan worden afgeleid door de formule nee². Voor het energieniveau 3, n = (3)² of negen orbitalen.

Een meer complete berekening kan worden gemaakt met behulp van de informatie uit de bovenstaande kwantumnummers. Voor nee = 3, de waarden van ik kan toegevoegd worden. Voor ik = 0, er is maar één orbitaal, m_ik = 0. Voor ik = 1, er zijn drie waarden (m_ik = -1, 0 of +1). Voor ik = 2, er zijn vijf mogelijke waarden (m_ik = -2, -1, 0, +1 of +2). Dus het toevoegen van de mogelijkheden geeft 1 + 3 + 5 = 9 orbitalen in totaal.