Jak znaleźć liczbę orbitali na każdym poziomie energii?

Poziomy energetyczne i orbitale pomagają opisać strukturę elektronową atomu. Wyznaczają one układ elektronów w atomach, a opis takich energii pochodzi z teorii kwantowej.

Teoria kwantowa postuluje, że atomy mogą istnieć tylko w określonych stanach energetycznych. Jeśli atom lub elektron przez korelację zmienia stan, pochłania lub emituje ilość energii równą różnicy energii między stanami.

Energia emitowana lub pochłaniana jest skwantowana; jest to energia charakteryzująca się określone kwoty. Te dozwolone stany energetyczne można opisać za pomocą zestawów liczb zwanych liczbami kwantowymi.

Ułożenie elektronu w atomie można opisać wzorem cztery liczby kwantowe: n, ja, m__ja_ oraz m_s. Odnoszą się one odpowiednio do poziomu energii, podpowłok elektronowych, kierunku orbity i spinu.

Pierwsza liczba kwantowa jest oznaczona przez nie i jest głównym poziomem energii.

Podstawowa definicja poziomu energii mówi obserwatorowi o rozmiarze orbitalu i określa energię. Wzrost w

Pierwsza liczba kwantowa może przyjmować tylko wartości całkowite, zaczynając od 1; nie = 1, 2, 3, 4... Każdemu poziomowi energii odpowiada również litera: nie = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Aby obliczyć liczbę orbitali z głównej liczby kwantowej, użyj nie². Nie ma² orbitale dla każdego poziomu energii. Dla n = 1, jest 1² lub jeden orbital. Dla n = 2 istnieje 2² lub cztery orbitale. Dla nie = 3 jest dziewięć orbitali, dla nie = 4 jest 16 orbitali, dla nie = 5 jest 5² = 25 orbitali i tak dalej.

Aby obliczyć maksymalną liczbę elektronów na każdym poziomie energii, wzór 2nie² może być używany, gdzie nie jest głównym poziomem energii (pierwsza liczba kwantowa). Na przykład poziom energii 1, 2(1)² oblicza na dwa możliwe elektrony, które zmieszczą się na pierwszym poziomie energii.

Druga liczba kwantowa oznacza podpoziomy i jest oznaczona literą ja. Ta liczba kwantowa oznacza podpowłoki elektronowe i ogólny kształt chmury elektronowej.

Pierwsze dwie liczby kwantowe są ze sobą powiązane. Za każde dane nie, ja może przyjąć dowolną całkę zaczynając od 0 do maksymalnie (nie – 1); ja = 0, 1, 2, 3 ...

Poziomy kwantowe, ja = 0, 1, 2, 3 odpowiadają podpowłokom elektronowym odpowiednio s, p, d, f. Kształt s jest kulisty, p ma kształt ósemki, a orbitale d i f mają bardziej skomplikowaną konstrukcję, w większości obejmującą orbitale w kształcie koniczyny.

Każda podpowłoka elektronowa może zawierać pewną ilość elektronów, s = 2, p = 6, d = 10 i f = 14.

Trzecia liczba kwantowa m__ja_ oznacza, w jaki sposób chmura elektronów jest skierowana w przestrzeni.

Ta liczba kwantowa może mieć dowolną wartość całkowitą, w tym 0, pomiędzy ja i -ja (druga liczba kwantowa) lub m__ja = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -ja

Dla ja = 0, jest tylko 1 m__ja wartość, również 0. Zawiera tylko jeden orbital. Dla orbitalu p, m_ja_ = 1, 0, -1. Odpowiada to trzem orbitalom p w trzech różnych kierunkach, p_x, p_tak, p_z, odpowiadający trójwymiarowej osi x, y i z.

Czwarta liczba kwantowa oznacza obrót zgodny lub przeciwny do ruchu wskazówek zegara.

Elektron to naładowana cząstka wirująca wokół osi i dlatego ma właściwości magnetyczne. Ta liczba kwantowa nie jest związana z n, ja, m_jai może mieć tylko dwie możliwe wartości: +1/2 lub -1/2.

Dodanie czwartej liczby kwantowej pozwala elektronom wypełniać orbitale bez naruszania zasady wykluczania Pauliego. Oznacza to, że żadne dwa elektrony nie mogą mieć tego samego zestawu czterech liczb kwantowych.

Przypomnijmy, że znalezienie ilości orbitali na poziomie energii można wyprowadzić ze wzoru nie². Dla poziomu energii 3 n = (3)² lub dziewięć orbitali.

Bardziej kompletne obliczenia można wykonać, korzystając z informacji z powyższych liczb kwantowych. Dla nie = 3, wartości ja można dodać. Dla ja = 0, jest tylko jeden orbital, m_ja = 0. Dla ja = 1, istnieją trzy wartości (m_ja = -1, 0 lub +1). Dla ja = 2, istnieje pięć możliwych wartości (m_ja = −2, −1, 0, +1 lub +2). Zatem dodanie możliwości daje w sumie 1 + 3 + 5 = 9 orbitali.