Як знайти кількість орбіталей на кожному енергетичному рівні

Рівні енергії та орбіталі допомагають описати електронну будову атома. Вони вказують, як електрони розташовані в атомах, і опис таких енергій випливає з квантової теорії.

Квантова теорія постулює, що атоми можуть існувати лише в певних енергетичних станах. Якщо атом, або електрон за допомогою кореляції, змінює стан, він поглинає або виділяє кількість енергії, рівну різниці енергій між станами.

Випромінювана або поглинена енергія квантується; це енергія, що характеризується певні суми. Ці дозволені енергетичні стани можна описати наборами чисел, які називаються квантовими числами.

Розташування електрона в атомі можна описати за допомогою чотири квантові числа: n, л, m__л_ та м_s. Вони пов’язані з рівнем енергії, електронними під оболонками, напрямком орбіти та спіном відповідно.

Перше квантове число позначається п і є основним енергетичним рівнем.

Визначення основного рівня енергії повідомляє спостерігачеві розмір орбітали та визначає енергію. Збільшення в

Перше квантове число може приймати лише інтегральні значення, починаючи з 1; п = 1, 2, 3, 4... Кожному енергетичному рівню відповідає також буква: п = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) ...

Для обчислення суми орбіталей з основного квантового числа використовуйте п². Є російські² орбіталей для кожного енергетичного рівня. Для н = 1, є 1² або одна орбітальна. Для n = 2 існують 2² або чотири орбіталі. Для п = 3 є дев'ять орбіталей, для п = 4 існує 16 орбіталей, для п = 5 є 5² = 25 орбіталей тощо.

Для розрахунку максимальної кількості електронів на кожному енергетичному рівні формула 2п² може використовуватися, де п - основний енергетичний рівень (перше квантове число). Наприклад, рівень енергії 1, 2 (1)² обчислює два можливі електрони, які впишуться в перший енергетичний рівень.

Друге квантове число позначає підрівні і позначається буквою л. Це квантове число позначає електрооболонки та загальну форму електронної хмари.

Перші два квантові числа пов’язані. Для будь-якого даного п, л може приймати будь-який інтеграл, починаючи з 0 до максимум (п – 1); л = 0, 1, 2, 3 ...

Квантові рівні, л = 0, 1, 2, 3 відповідають електронним під оболонкам s, p, d, f відповідно. Форма s сферична, p - восьмикутна, а d та f орбіталі мають більш хитромудрий дизайн, в основному за участю конюшиноподібних орбіталей.

Кожна електронна під оболонка може містити певну кількість електронів, s = 2, p = 6, d = 10 і f = 14.

Третє квантове число m__л_, позначає, як електронна хмара спрямована в просторі.

Це квантове число може мати будь-яке інтегральне значення, включаючи 0, між л і -л (друге квантове число), або, m__л = _l... 2, 1, 0, -1, -2... -л

Для л = 0, є лише 1 м__л значення, також 0. Він містить лише одну орбіталь. Для р-орбіталі m_л_ = 1, 0, -1. Це відповідає трьом p-орбіталям у трьох різних напрямках, p_х, стор_р, стор_z, що відповідає тривимірній осі x, y та z.

Четверте квантове число позначає спін за годинниковою стрілкою або проти.

Електрон - це заряджена частинка, яка обертається навколо осі і тому має магнітні властивості. Це квантове число не пов'язане з n, л, м_л, і може мати лише два можливих значення: +1/2 або -1/2.

Додавання четвертого квантового числа дозволяє електронам заповнюватися на орбіталі, не порушуючи принцип виключення Паулі. Це говорить, що жоден два електрони не можуть мати однаковий набір з чотирьох квантових чисел.

Нагадаємо, що знаходження кількості орбіталей на енергетичному рівні можна отримати за формулою п². Для енергетичного рівня 3 n = (3)² або дев'ять орбіталей.

Більш завершений розрахунок можна зробити, використовуючи інформацію з квантових чисел вище. Для п = 3, значення л можна додати. Для л = 0, існує лише одна орбіталь, м_л = 0. Для л = 1, є три значення (м_л = -1, 0 або +1). Для л = 2, існує п’ять можливих значень (м_л = −2, −1, 0, +1 або +2). Отже, додавання можливостей дає загалом 1 + 3 + 5 = 9 орбіталей.