Como encontrar o número de orbitais em cada nível de energia

Os níveis de energia e orbitais ajudam a descrever a estrutura eletrônica de um átomo. Eles designam como os elétrons são arranjados dentro dos átomos, e a descrição de tais energias é derivada da teoria quântica.

A teoria quântica postula que os átomos só podem existir em certos estados de energia. Se um átomo, ou um elétron por correlação, muda de estado, ele absorve ou emite uma quantidade de energia igual à diferença de energia entre os estados.

A energia emitida ou absorvida é quantizada; é energia caracterizada por quantias definidas. Esses estados de energia permitidos podem ser descritos por conjuntos de números chamados números quânticos.

O arranjo de um elétron em um átomo pode ser descrito por quatro números quânticos: n, eu, m__eu_ e m_s. Eles se relacionam ao nível de energia, subcamadas de elétrons, direção orbital e spin, respectivamente.

O primeiro número quântico é designado por n e é o principal nível de energia.

A definição do nível de energia principal informa ao observador o tamanho do orbital e determina a energia. Um aumento em n é um aumento na energia, e isso também significa que o elétron está mais longe do núcleo.

O primeiro número quântico só pode assumir valores integrais, começando com 1; n = 1, 2, 3, 4... Cada nível de energia também corresponde a uma letra: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Para calcular a quantidade de orbitais a partir do número quântico principal, use n². Há n² orbitais para cada nível de energia. Para n = 1, existe 1² ou um orbital. Para n = 2, existem 2² ou quatro orbitais. Para n = 3 existem nove orbitais, para n = 4 existem 16 orbitais, para n = 5 existem 5² = 25 orbitais e assim por diante.

Para calcular o número máximo de elétrons em cada nível de energia, a fórmula 2n² pode ser usado, onde n é o nível de energia principal (primeiro número quântico). Por exemplo, nível de energia 1, 2 (1)² calcula para dois elétrons possíveis que caberão no primeiro nível de energia.

O segundo número quântico denota subníveis e é designado pela letra eu. Este número quântico denota subcamadas de elétrons e a forma geral da nuvem de elétrons.

Os primeiros dois números quânticos estão relacionados. Para qualquer dado n, eu pode assumir qualquer integral começando com 0 até um máximo de (n – 1); eu = 0, 1, 2, 3 ...

Os níveis quânticos, eu = 0, 1, 2, 3 correspondem às sub camadas de elétrons s, p, d, f, respectivamente. A forma de s é esférica, p tem a forma de um oito e os orbitais d e f têm um design mais intrincado, envolvendo principalmente orbitais em forma de trevo.

Cada subcamada de elétrons pode conter uma certa quantidade de elétrons, s = 2, p = 6, d = 10 e f = 14.

O terceiro número quântico m__eu_, denota como a nuvem de elétrons é direcionada no espaço.

Este número quântico pode ter qualquer valor integral, incluindo 0, entre eu e -eu (o segundo número quântico), ou, m__eu = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -eu

Para eu = 0, há apenas 1 m__eu valor, também 0. Contém apenas um orbital. Para um orbital p, m_eu_ = 1, 0, -1. Isso corresponde aos três orbitais p em três direções diferentes, p_x, p_y, p_z, correspondendo ao eixo tridimensional x, y e z.

O quarto número quântico designa o spin no sentido horário ou anti-horário.

Um elétron é uma partícula carregada girando em um eixo e, portanto, tem propriedades magnéticas. Este número quântico não está relacionado com n, eu, m_eue pode ter apenas dois valores possíveis: +1/2 ou -1/2.

A adição do quarto número quântico permite que os elétrons preencham os orbitais sem quebrar o princípio de exclusão de Pauli. Isso afirma que dois elétrons não podem ter o mesmo conjunto de quatro números quânticos.

Lembre-se de que encontrar a quantidade de orbitais em um nível de energia pode ser derivado pela fórmula n². Para o nível de energia 3, n = (3)² ou nove orbitais.

Um cálculo mais completo pode ser feito usando as informações dos números quânticos acima. Para n = 3, os valores de eu pode ser adicionado. Para eu = 0, há apenas um orbital, m_eu = 0. Para eu = 1, existem três valores (m_eu = -1, 0 ou +1). Para eu = 2, existem cinco valores possíveis (m_eu = −2, −1, 0, +1 ou +2). Portanto, somar as possibilidades resulta em 1 + 3 + 5 = 9 orbitais no total.