Как найти количество орбиталей на каждом уровне энергии

Уровни энергии и орбитали помогают описать электронную структуру атома. Они обозначают расположение электронов внутри атомов, а описание таких энергий основано на квантовой теории.

Квантовая теория постулирует, что атомы могут существовать только в определенных энергетических состояниях. Если атом или электрон в результате корреляции изменяет состояние, он поглощает или излучает количество энергии, равное разнице энергий между состояниями.

Излучаемая или поглощенная энергия квантуется; это энергия, характеризующаяся определенные суммы. Эти разрешенные энергетические состояния могут быть описаны наборами чисел, называемыми квантовыми числами.

Расположение электрона в атоме можно описать следующим образом: четыре квантовых числа: n, л, м__л_ И м_s. Они относятся к уровню энергии, электронным подоболочкам, орбитальному направлению и спину соответственно.

Первое квантовое число обозначено п и является основным энергетическим уровнем.

Определение основного уровня энергии сообщает наблюдателю размер орбитали и определяет энергию. Увеличение п это увеличение энергии, а это также означает, что электрон находится дальше от ядра.

Первое квантовое число может принимать только целые значения, начиная с 1; п = 1, 2, 3, 4... Каждому уровню энергии также соответствует буква: п = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Чтобы вычислить количество орбиталей из главного квантового числа, используйте п². Нет² орбитали для каждого уровня энергии. Для п = 1, есть 1² или один орбитальный. При n = 2 имеется 2² или четыре орбитали. Для п = 3 имеется девять орбиталей, при п = 4 имеется 16 орбиталей, для п = 5 есть 5² = 25 орбиталей и т. Д.

Чтобы вычислить максимальное количество электронов на каждом уровне энергии, формула 2п² можно использовать, где п - главный энергетический уровень (первое квантовое число). Например, уровень энергии 1, 2 (1)² вычисляет до двух возможных электронов, которые попадут на первый энергетический уровень.

Второе квантовое число обозначает подуровни и обозначается буквой л. Это квантовое число обозначает электронные подоболочки и общую форму электронного облака.

Первые два квантовых числа связаны. Для любого данного п, л может принимать любой интеграл от 0 до максимум (п – 1); л = 0, 1, 2, 3 ...

Квантовые уровни, л = 0, 1, 2, 3 соответствуют электронным подоболочкам s, p, d, f соответственно. Форма s сферическая, p имеет форму восьмерки, а орбитали d и f имеют более сложную конструкцию, в основном состоящую из орбиталей в форме клевера.

Каждая электронная подоболочка может содержать определенное количество электронов, s = 2, p = 6, d = 10 и f = 14.

Третье квантовое число m__л_, обозначает направление электронного облака в пространстве.

Это квантовое число может иметь любое целое значение, включая 0, между л а также -л (второе квантовое число), или, m__л = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -л

Для л = 0, всего 1 m__л значение, также 0. Он содержит только одну орбиталь. Для p-орбитали, м_л_ = 1, 0, -1. Это соответствует трем p-орбиталям в трех разных направлениях, p_Икс, п_у, п_z, соответствующие трехмерным осям x, y и z.

Четвертое квантовое число обозначает вращение по или против часовой стрелки.

Электрон - это заряженная частица, вращающаяся вокруг оси и, следовательно, обладающая магнитными свойствами. Это квантовое число не связано с n, л, м_л, и может иметь только два возможных значения: +1/2 или -1/2.

Добавление четвертого квантового числа позволяет электронам заполнять орбитали без нарушения принципа исключения Паули. Это означает, что никакие два электрона не могут иметь одинаковый набор из четырех квантовых чисел.

Напомним, что количество орбиталей на уровне энергии можно вычислить по формуле п². Для уровня энергии 3 n = (3)² или девять орбиталей.

Более полный расчет можно сделать, используя информацию из квантовых чисел выше. Для п = 3 значения л можно добавить. Для л = 0, есть только одна орбиталь, м_л = 0. Для л = 1, есть три значения (м_л = -1, 0 или +1). Для л = 2, возможны пять значений (м_л = −2, −1, 0, +1 или +2). Таким образом, сложение возможностей дает всего 1 + 3 + 5 = 9 орбиталей.