Kako najti število orbital na vsaki energijski ravni

Energijske ravni in orbitale pomagajo opisati elektronsko strukturo atoma. Določajo, kako so elektroni razporejeni znotraj atomov, opis takih energij pa izhaja iz kvantne teorije.

Kvantna teorija predpostavlja, da lahko atomi obstajajo le v določenih energetskih stanjih. Če atom ali elektron s korelacijo spremeni stanje, absorbira ali odda energijo, ki je enaka energijski razliki med stanji.

Izpuščena ali absorbirana energija je kvantizirana; je energija, za katero je značilno določene količine. Ta dovoljena energijska stanja lahko opišemo z množicami števil, imenovanimi kvantna števila.

Razporeditev elektrona v atomu lahko opišemo z štiri kvantna števila: n, l, m__l_ in m_s. Ti se nanašajo na energijsko raven, elektronske podlupine, smer kroženja oziroma spin.

Prvo kvantno število je označeno z n in je glavna raven energije.

Definicija glavne ravni energije opazovalcu pove velikost orbite in določa energijo. Povečanje n je povečanje energije, kar pomeni tudi, da je elektron bolj oddaljen od jedra.

Prvo kvantno število lahko ima samo integralne vrednosti, začenši z 1; n = 1, 2, 3, 4... Vsaka raven energije ustreza tudi črki: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Za izračun količine orbital iz glavnega kvantnega števila uporabite n². Obstajajo n² orbitale za vsako raven energije. Za n = 1, obstaja 1² ali eno orbitalo. Za n = 2 obstajata 2² ali štiri orbitale. Za n = 3 obstaja devet orbital, za n = 4 obstaja 16 orbital, za n = 5 obstaja 5² = 25 orbital itd.

Za izračun največjega števila elektronov na vsaki energijski ravni uporabimo formulo 2n² se lahko uporabi, kjer n je glavna raven energije (prvo kvantno število). Na primer, raven energije 1, 2 (1)² izračuna na dva možna elektrona, ki se bosta prilegala prvi energijski ravni.

Drugo kvantno število označuje podnivoje in je označeno s črko l. To kvantno število označuje elektronske podlupine in splošno obliko elektronskega oblaka.

Prvi dve kvantni številki sta povezani. Za katero koli dano n, l lahko prevzame kateri koli integral, začenši z 0 do največ (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvantne ravni, l = 0, 1, 2, 3 ustrezajo elektronskim podlupinam s, p, d, f. Oblika s je sferična, p je osmerica, d in f orbitali pa imajo bolj zapleteno zasnovo, večinoma vključujejo orbitale v obliki detelje.

Vsaka elektronska podlupina lahko vsebuje določeno količino elektronov, s = 2, p = 6, d = 10 in f = 14.

Tretje kvantno število m__l_, označuje, kako je elektronski oblak usmerjen v vesolje.

To kvantno število ima lahko katero koli integralno vrednost, vključno z 0 l in -l (drugo kvantno število) ali m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

Za l = 0, je samo 1 m__l vrednost, tudi 0. Ta vsebuje samo eno orbitalo. Za p orbitalo je m_l_ = 1, 0, -1. To ustreza trem p orbitalam v treh različnih smereh, str_x, str_y, str_z, ki ustreza tridimenzionalni osi x, y in z.

Četrto kvantno število označuje vrtenje v smeri urnega kazalca ali v nasprotni smeri urnega kazalca.

Elektron je nabit delec, ki se vrti na osi in ima zato magnetne lastnosti. To kvantno število ni povezano z n, l, m_lin ima lahko le dve možni vrednosti: +1/2 ali -1/2.

Dodatek četrtega kvantnega števila omogoča elektronom, da se napolnijo v orbitale, ne da bi kršili Paulijevo načelo izključitve. To navaja, da ne moreta imeti dva elektrona enakega nabora štirih kvantnih števil.

Spomnimo se, da lahko ugotovimo količino orbital v ravni energije s formulo n². Za raven energije 3 je n = (3)² ali devet orbital.

Bolj dokončan izračun lahko opravimo z uporabo informacij iz zgornjih kvantnih števil. Za n = 3, vrednosti l lahko dodate. Za l = 0, obstaja samo ena orbitala, m_l = 0. Za l = 1, obstajajo tri vrednosti (m_l = -1, 0 ali +1). Za l = 2, obstaja pet možnih vrednosti (m_l = −2, −1, 0, +1 ali +2). Torej dodajanje možnosti daje skupno 1 + 3 + 5 = 9 orbital.