Ako zistiť počet orbitálov v každej energetickej úrovni

Úrovne energie a orbitaly pomáhajú opísať elektronickú štruktúru atómu. Určujú, ako sú elektróny usporiadané v atómoch, a popis týchto energií je odvodený z kvantovej teórie.

Kvantová teória predpokladá, že atómy môžu existovať iba v určitých energetických stavoch. Ak atóm alebo elektrón koreláciou zmení stav, absorbuje alebo emituje také množstvo energie, ktoré sa rovná energetickému rozdielu medzi stavmi.

Vyžarovaná alebo absorbovaná energia sa kvantizuje; je to energia charakterizovaná určité sumy. Tieto povolené energetické stavy možno popísať množinami čísel, ktoré sa nazývajú kvantové čísla.

Usporiadanie elektrónu v atóme možno opísať pomocou štyri kvantové čísla: n, l, m__l_ a m_s. Týkajú sa energetickej hladiny, elektrónových škrupín, obežného smeru a rotácie.

Prvé kvantové číslo je označené n a je hlavnou úrovňou energie.

Definícia základnej úrovne energie hovorí pozorovateľovi o veľkosti obežnej dráhy a určuje energiu. Nárast o n je nárast energie, a to tiež znamená, že elektrón je ďalej od jadra.

Prvé kvantové číslo môže mať iba integrálne hodnoty, počnúc 1; n = 1, 2, 3, 4... Každá energetická úroveň zodpovedá tiež písmenu: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Na výpočet množstva orbitálov z hlavného kvantového čísla použite n². Existuje n² orbitály pre každú energetickú hladinu. Pre n = 1, je 1² alebo jeden orbitálny. Pre n = 2 existujú 2² alebo štyri orbitaly. Pre n = 3 existuje deväť orbitálov pre n = 4 existuje 16 orbitálov pre n = 5 je 5² = 25 orbitálov atď.

Na výpočet maximálneho počtu elektrónov v každej energetickej úrovni použite vzorec 2n² možno použiť, kde n je hlavná energetická úroveň (prvé kvantové číslo). Napríklad energetická úroveň 1, 2 (1)² počíta na dva možné elektróny, ktoré sa zmestia do prvej energetickej úrovne.

Druhé kvantové číslo označuje podúrovne a je označené písmenom l. Toto kvantové číslo označuje elektrónové častice a všeobecný tvar elektrónového mraku.

Prvé dve kvantové čísla spolu súvisia. Za akékoľvek dané n, l môže prijať akýkoľvek integrál začínajúci od 0 do maxima (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvantové úrovne, l = 0, 1, 2, 3 zodpovedajú elektrónovým škrupinám s, p, d, f. Tvar s je sférický, p má tvar osmičky a orbitaly d a f majú zložitejší dizajn, väčšinou zahŕňajú ďatelinové orbity.

Každá elektrónová škrupina môže obsahovať určité množstvo elektrónov, s = 2, p = 6, d = 10 af = 14.

Tretie kvantové číslo m__l_, označuje smerovanie elektrónového mraku v priestore.

Toto kvantové číslo môže mať medzi sebou akúkoľvek integrálnu hodnotu vrátane 0 l a -l (druhé kvantové číslo) alebo m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

Pre l = 0, je tu iba 1 m__l hodnota, tiež 0. Tento obsahuje iba jeden orbitál. Pre orbitál p, m_l_ = 1, 0, -1. To zodpovedá trom p orbitálom v troch rôznych smeroch, s_X, s_r, s_z, zodpovedajúce trojrozmernej osi x, yaz.

Štvrté kvantové číslo označuje otáčanie v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek.

Elektrón je nabitá častica otáčajúca sa na osi, a preto má magnetické vlastnosti. Toto kvantové číslo nesúvisí s n, l, m_l, a môže mať iba dve možné hodnoty: +1/2 alebo -1/2.

Pridanie štvrtého kvantového čísla umožňuje elektrónom vypĺňať orbitaly bez porušenia Pauliho vylučovacieho princípu. Toto tvrdí, že žiadne dva elektróny nemôžu mať rovnakú množinu štyroch kvantových čísel.

Pripomeňme, že zistenie množstva orbitalov v energetickej úrovni možno odvodiť podľa vzorca n². Pre hladinu energie 3, n = (3)² alebo deväť orbitálov.

Podrobnejší výpočet je možné vykonať pomocou informácií z vyššie uvedených kvantových čísel. Pre n = 3, hodnoty l možno pridať. Pre l = 0, existuje iba jeden orbitál, m_l = 0. Pre l = 1, existujú tri hodnoty (m_l = -1, 0 alebo +1). Pre l = 2, existuje päť možných hodnôt (m_l = −2, −1, 0, +1 alebo +2). Pridanie možností teda dáva celkovo 1 + 3 + 5 = 9 orbitalov.