Hur man hittar antalet orbitaler i varje energinivå

Energinivåer och orbitaler hjälper till att beskriva en atoms elektroniska struktur. De anger hur elektroner är ordnade inom atomer, och beskrivningen av sådana energier härrör från kvantteorin.

Kvantteorin postulerar att atomer bara kan existera i vissa energitillstånd. Om en atom, eller en elektron genom korrelation, ändrar tillstånd, absorberar den eller avger en mängd energi som är lika med energidifferensen mellan tillstånden.

Den energi som emitteras eller absorberas kvantiseras; det är energi som kännetecknas av bestämda belopp. Dessa tillåtna energitillstånd kan beskrivas med uppsättningar av tal som kallas kvantnummer.

En elektronarrangemang i en atom kan beskrivas av fyra kvantnummer: n, l, m__l_ och M_s. Dessa avser energinivå, elektronunderskal, omloppsriktning respektive snurrning.

Det första kvantnummeret betecknas med n och är den huvudsakliga energinivån.

Den huvudsakliga energinivådefinitionen berättar observatören om banans storlek och bestämmer energi. En ökning i

Det första kvantantalet kan bara ta integrala värden, som börjar med 1; n = 1, 2, 3, 4... Varje energinivå motsvarar också en bokstav: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Använd för att beräkna mängden orbitaler från huvudkvantantalet n². Det finns n² orbitaler för varje energinivå. För n = 1, det finns 1² eller en orbital. För n = 2 finns det 2² eller fyra orbitaler. För n = 3 det finns nio orbitaler, för n = 4 det finns 16 orbitaler, för n = 5 det finns 5² = 25 orbitaler, och så vidare.

För att beräkna det maximala antalet elektroner i varje energinivå, formeln 2n² kan användas, var n är den huvudsakliga energinivån (första kvantnummer). Till exempel energinivå 1, 2 (1)² beräknar till två möjliga elektroner som passar in i den första energinivån.

Det andra kvantantalet betecknar undernivåer och betecknas med bokstaven l. Detta kvantnummer anger elektronunderskal och elektronmolnets allmänna form.

De två första kvantnummer är relaterade. För varje given n, l kan ta på sig en integral som börjar med 0 till maximalt (n – 1); l = 0, 1, 2, 3 ...

Kvantnivåerna, l = 0, 1, 2, 3 motsvarar elektronunderskal s, p, d, f, respektive. Formen på s är sfärisk, p är åtta-formad och d- och f-orbitalerna har en mer invecklad design, mestadels involverande klöverformade orbitaler.

Varje elektronunderskal kan innehålla en viss mängd elektroner, s = 2, p = 6, d = 10 och f = 14.

Det tredje kvantantalet m__l_, betecknar hur elektronmolnet riktas i rymden.

Detta kvantnummer kan ha vilket integralt värde som helst, inklusive 0, mellan l och -l (det andra kvantantalet), eller, m__l = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -l

För l = 0, det finns bara 1 m__l värde, även 0. Den innehåller bara en orbital. För en p-orbital, m_l_ = 1, 0, -1. Detta motsvarar de tre p-orbitalerna i tre olika riktningar, s_x, s_y, s_z, motsvarande den tredimensionella x-, y- och z-axeln.

Det fjärde kvantantalet betecknar medurs eller moturs.

En elektron är en laddad partikel som snurrar på en axel och har därför magnetiska egenskaper. Detta kvantnummer är inte relaterat till n, l, m_loch kan bara ha två möjliga värden: +1/2 eller -1/2.

Tillägget av det fjärde kvantantalet gör att elektroner kan fyllas i orbitaler utan att bryta med Pauli-uteslutningsprincipen. Detta säger att inga två elektroner kan ha samma uppsättning med fyra kvantnummer.

Kom ihåg att hitta mängden orbitaler i en energinivå kan härledas med formeln n². För energinivå 3 är n = (3)² eller nio orbitaler.

En mer fullständig beräkning kan göras med hjälp av informationen från kvantnummer ovan. För n = 3, värdena för l kan läggas till. För l = 0, det finns bara en orbital, m_l = 0. För l = 1, det finns tre värden (m_l = −1, 0 eller +1). För l = 2, det finns fem möjliga värden (m_l = −2, −1, 0, +1 eller +2). Så att lägga till möjligheterna ger totalt 1 + 3 + 5 = 9 orbitaler.