science >> Wetenschap >  >> Chemie

Hoe het aantal orbitalen in elk energieniveau te vinden

Orbitalen en hoeveel elektronen elk bezit, staat centraal in het proces van chemische binding, en vanuit een fysisch perspectief zijn orbitalen nauw verbonden met de energieniveaus van de elektronen in het atoom in kwestie. Als je werd gevraagd om orbitalen te vinden voor een specifiek energieniveau, zal begrip van hoe deze twee met elkaar zijn verbonden zowel je begrip van het onderwerp verdiepen en je het antwoord geven dat je zoekt.

TL; DR ( Te lang; niet gelezen)

Het hoofdkwantumgetal, n
, bepaalt het energieniveau van het elektron in een atoom. Er zijn n
2 orbitalen voor elk energieniveau. Dus voor n
\u003d 3 zijn er negen orbitalen, en voor n
\u003d 4 zijn er 16 orbitalen.
Kwantumnummers begrijpen

Bij het bespreken van elektronenconfiguraties, “ kwantumgetallen 'worden veel gebruikt. Dit zijn getallen die de specifieke toestand definiëren waarin een elektron zich bevindt voor zijn "baan" rond de kern van het atoom. Het belangrijkste kwantumnummer dat u nodig hebt om het aantal orbitalen voor elk energieniveau te berekenen, is het belangrijkste kwantumnummer, dat het symbool n
krijgt. Dit vertelt je het energieniveau van het elektron, en een groter principaal kwantumgetal betekent dat het elektron verder van de kern verwijderd is.

De andere twee kwantumgetallen die orbitalen en subniveaus verklaren zijn het hoekimpulsquantumgetal (< em> l
) en het magnetische kwantumnummer ( m l
). Net als bij een gewoon hoekmomentum, vertelt het kwantumnummer van het hoekmomentum hoe snel het elektron in een baan om de aarde draait, en het bepaalt de vorm van de baan. Het magnetische kwantumnummer geeft één orbitaal aan van de beschikbare.

Het hoofdkwantumnummer n
neemt het gehele getal (geheel getal), zoals 1, 2, 3, 4 enzovoort. Het hoekmomentumquantumnummer l
neemt hele getallen vanaf 0 en tot n
- 1, dus voor n
\u003d 3, l
kan waarden 0, 1 of 2 aannemen (als n
\u003d 3, dan n
- 1 \u003d 2). Ten slotte neemt het magnetische kwantumgetal m l
hele getalswaarden van - l

tot + l
, dus voor l
\u003d 2, dit kan −2, −1, 0, +1 of +2 zijn.


Tips

  • In chemie in in het bijzonder krijgen de l
    nummers elk een letter. Dus s
    wordt gebruikt voor l
    \u003d 0, p
    wordt gebruikt voor l
    \u003d 1, d
    wordt gebruikt voor l
    \u003d 2 en f
    wordt gebruikt voor l
    \u003d 3. Vanaf dit punt nemen de letters alfabetisch toe. Een elektron in de 2_p_ shell heeft dus n
    \u003d 2 en l
    \u003d 1. Deze notatie wordt vaak gebruikt om elektronenconfiguraties op te geven. Bijvoorbeeld, 2_p_ 2 zou betekenen dat er twee elektronen deze subshell bezetten.


    Hoeveel orbitalen in elk energieniveau? De eenvoudige methode

    De eenvoudigste manier om te berekenen hoeveel orbitalen in elk energieniveau is om de bovenstaande informatie te gebruiken en eenvoudigweg de orbitalen en subniveaus te tellen. Het energieniveau wordt bepaald door n
    , dus u hoeft maar één vaste waarde te overwegen voor n
    . Als we n
    \u003d 3 als voorbeeld gebruiken, weten we uit het bovenstaande dat l
    elk getal van 0 tot n
    - 1 kan zijn. Dit betekent l
    kan 0, 1 of 2 zijn. En voor elke waarde van l
    kan m l
    alles zijn van - l

    naar + l
    . Elke combinatie van l
    en m l
    is een specifieke orbitaal, dus u kunt het uitwerken door de opties te doorlopen en ze te tellen.

    Voor < em> n
    \u003d 3, u kunt om de beurt de waarden van l
    doorlopen. Voor l
    \u003d 0 is er slechts één mogelijkheid, m l
    \u003d 0. Voor l
    \u003d 1 zijn er drie waarden ( m l
    \u003d −1, 0 of +1). Voor l
    \u003d 2 zijn er vijf mogelijke waarden ( m l
    \u003d −2, −1, 0, +1 of +2). Dus het toevoegen van de mogelijkheden geeft in totaal 1 + 3 + 5 \u003d 9 orbitalen.

    Voor n
    \u003d 4 kunt u hetzelfde proces doorlopen, maar in dit geval l
    gaat tot 3 in plaats van slechts twee. Dus je hebt de negen orbitalen van daarvoor, en voor l
    \u003d 3, m l
    \u003d −3, −2, −1, 0, +1, + 2 of +3. Dit geeft zeven extra orbitalen, dus voor n
    \u003d 4 zijn er 9 + 7 \u003d 16 orbitalen. Dit is een beetje een arbeidsintensieve manier om het aantal orbitalen te berekenen, maar het is betrouwbaar en eenvoudig.
    Hoeveel orbitalen in elk energieniveau? Een snellere methode

    Als u vertrouwd bent met het nemen van het kwadraat van een getal, is er een veel snellere manier om orbitalen te vinden voor een energieniveau. Je hebt misschien eerder opgemerkt dat de voorbeelden het formulegetal van orbitalen \u003d n
    2 volgden. Voor n
    \u003d 3 waren er negen, en voor n
    \u003d 4 waren er 16. Dit blijkt een algemene regel te zijn, dus voor n
    \u003d 2, er zijn 2 2 \u003d 4 orbitalen, en voor n
    \u003d 5 zijn er 5 2 \u003d 25 orbitalen. Je kunt deze antwoorden met de eenvoudige methode controleren als je wilt, maar het werkt in elk geval.
    Hoeveel elektronen in elk energieniveau?

    Er is ook een eenvoudige manier om erachter te komen hoeveel elektronen bevinden zich in elk energieniveau. Elke orbitaal bevat twee elektronen, omdat ze ook een extra kwantumnummer hebben: m s, het spin-kwantumnummer. Dit kan slechts twee waarden voor elektronen aannemen: −1/2 of +1/2. Dus voor elke omloopbaan zijn er maximaal twee elektronen. Dit betekent dat: maximaal aantal elektronen in een energieniveau \u003d 2_n_ 2. In deze uitdrukking is n
    het belangrijkste kwantumnummer. Merk op dat niet alle beschikbare plekken in elk geval vol zullen zijn, dus je moet dit combineren met iets meer informatie, zoals het aantal elektronen in het atoom in kwestie, om orbitalen te vinden die volledig bezet zijn door elektronen.