Что называется орбиталью энергетическим уровням подуровням
Каковы энергетические подуровни?
подуровни энергии в атоме они представляют собой форму, в которой электроны организованы в электронных слоях, их распределение в молекуле или атоме. Эти энергетические подуровни называются орбитали.
Электроны располагаются в электронных слоях атома определенным образом с помощью комбинации квантовых состояний. В тот момент, когда одно из этих состояний занято электроном, остальные электроны должны быть переведены в другое состояние..
введение
Орбитали обозначаются буквами s, p, d и f, то есть Sharp, Principle, Diffuse и Fundamental, и объединяются, когда атомы соединяются, образуя большую молекулу. Эти комбинации орбиталей находятся в каждом слое атома.
Например, в слое 1 атома есть S-орбитали, в слое 2 есть S и P-орбитали, внутри слоя 3 атома есть S, P и D-орбитали и, наконец, в слое 4 атома есть все S, P, D и F орбитали.
Также на орбиталях мы находим различные подуровни, которые в свою очередь могут хранить больше электронов. Орбитали на разных уровнях энергии похожи друг на друга, но занимают разные области в пространстве.
Первая орбита и вторая орбита имеют те же характеристики, что и орбита S, имеющие радиальные узлы, имеют большую вероятность сферического объема и могут содержать только два электрона. Тем не менее, они расположены на разных уровнях энергии и, следовательно, занимают разные места вокруг ядра.
Расположение в периодической таблице элементов
Таким образом, использование периодической таблицы для определения конфигурации электронов в атомах является ключевым. Элементы делятся на группы в соответствии с их электронными конфигурациями следующим образом:
Эта группа элементов имеет электрон, который обычно легко теряется, образуя положительно заряженный ион. Они самые активные металлы и самые реактивные.
Водород в данном случае является газом, но он входит в группу 1 Периодической таблицы элементов, поскольку у него также есть только один электрон. Водород может образовывать ионы с одним положительным зарядом, но для достижения его единственного электрона требуется гораздо больше энергии, чем для удаления электронов из других щелочных металлов. При образовании соединений водород обычно генерирует ковалентные связи.
Однако при очень высоких давлениях водород становится металлическим и ведет себя подобно остальным элементам своей группы. Это происходит, например, внутри ядра планеты Юпитер.
Группа 2 соответствует щелочноземельным металлам, так как их оксиды обладают щелочными свойствами. Среди элементов этой группы мы находим магний (Mg) и кальций (Ca). Их орбитали также принадлежат уровню S.
Переходные металлы, которые соответствуют группам от 3 до 12 в периодической таблице, имеют орбитали типа D.
Элементы таблицы, относящиеся к группе 13-18, соответствуют P. orbitals, и, наконец, элементы, известные как лантаноиды и актиниды, имеют орбитали с именем F.
Расположение электрона на орбитали
Электроны находятся на орбиталях атома как способ уменьшения энергии. Поэтому, если вы стремитесь увеличить энергию, электроны заполнят главные орбитальные уровни, удаляясь от ядра атома.
Мы должны учитывать, что электроны обладают свойством, известным как спин. Это квантовое понятие, которое определяет, среди прочего, спин электрона внутри орбитали. Что важно для определения вашей позиции на энергетических подуровнях.
Правила, определяющие положение электронов на орбиталях атома, следующие:
Это означает, что атомная орбита является энергетическим состоянием.
Электроны заполнят все орбитали на подуровнях, прежде чем столкнутся с противоположными спинами.
Специальные электронные конфигурации
Есть также атомы с особыми случаями энергетических подуровней. Когда два электрона занимают одну и ту же орбиту, они должны не только иметь разные спины (как указано в принципе исключения Паули), но и связь электронов немного увеличивает энергию.
В случае энергетических подуровней, наполовину полный и один полностью полный подуровни уменьшают энергию атома. Это приводит атом к большей стабильности.
Строение электронной оболочки атома
Атом состоит из ядра и электронной оболочки.
Электронная оболочка атома – это совокупность всех электронов в данном атоме.
Химические свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов.
В 20-х годах ХХ в. ученые установили, что электрон имеет двойственную природу: он является одновременно частицей и волной (имеет свойства частицы и свойства волны).
Представление о двойственной природе электрона привело к созданию квантово-механической теории строения атома.
Согласно этой теории, электрон (как и другие микрочастицы) не имеет определенной траектории движения. Можно говорить только о вероятности нахождения электрона в разных частях атомного пространства.
Часть атомного пространства, в которой вероятность нахождения данного электрона наибольшая (равна 90%), называется атомной орбиталью.
Каждый электрон в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.
Атомная орбиталь и облако электрона, который занимает эту орбиталь, имеют одинаковый размер, одинаковую форму и одинаковое направление в пространстве.
Для характеристики орбиталей и электронов используются квантовые числа.
Энергия и размер орбитали и электронного облака характеризуются главным квантовым числом n.
Главное квантовое число принимает значения целых чисел от 1 до ∞(бесконечности): n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…∞
Орбитали, которые имеют одинаковое значение n, близки между собой по энергии и по размеру.
Совокупность орбиталей, которые имеют одинаковое значение главного квантового числа, — это энергетический уровень.
Энергетические уровни обозначаются большими буквами латинского алфавита.
Совокупность электронов, которые находятся на одном энергетическом уровне, — это электронный слой.
На одном энергетическом уровне могут находиться орбитали (электронные облака), которые имеют различные геометрические формы.
Форма орбиталей и облаков характеризуется побочным (орбитальным) квантовым числом l.
Для орбиталей данного энергетического уровня побочное (орбитальное) квантовое число принимает значения целых чисел от 0 до n-1.
Орбитали, для которых l = 0, имеют форму шара (сферы) и называются s-opбиталями (условно изображаются в виде окружности):
s –орбитали имеются на всех энергетических уровнях.
На K-уровне (на первом энергетическом уровне) имеется только s-орбиталь.
Орбитали, для которых l=1, имеют форму гантели и называются р-орбиталями:
р-Орбитали имеются на всех энергетических уровнях, кроме первого (K) уровня.
Орбитали с большими значениями l имеют более сложную форму и обозначаются так:
l = 2: d-орбитали;
l = 3: f-орбитали.
d-Орбитали есть на всех энергетических уровнях, кроме первого (K) и второго (L) уровней.
f-Oрбитали есть на всех энергетических уровнях, кроме первого (K), второго (L) и третьего (М) уровней.
Энергия орбиталей (Е), которые находятся на одном энергетическом уровне, но имеют различную форму, неодинакова:
Итак, каждая орбиталь и электрон, который находится на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: главным n, побочным l и магнитным m1.
Электрон характеризуется еще одним — спиновым квантовым числом (от англ. to spin — кружить, вращать).
Спиновое квантовое число (спин электрона) ms, характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и – 1/2.
Схематично это можно показать так:
Электрон со спином +1/2 — условно изображают так: ↑; со спином —1/2: ↓
Принцип Паули гласит:
В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.
Поэтому на одной орбитали не может быть больше двух электронов; эти два электрона имеют одинаковый набор трех квантовых чисел (n, l, m1) и должны отличаться спинами (спиновым квантовым числом ms:
Два электрона, которые находятся на одной орбитали, называются спаренными (или неподеленной электронной парой). Спаренные электроны являются электронами с противоположными (антипараллельными) спинами.
Что называется орбиталью энергетическим уровням подуровням
Почему в химии уделяют такое большое внимание распределению электронов по энергетическим уровням и подуровням в атоме?
Химические свойства элементов и их соединений определяются электронным строением валентного уровня их атомов. Именно с участием электронов валентного уровня возникают химические связи между атомами и образуется соединение (вещество). Поэтому важно понимать правила заполнения электронных оболочек, строение валентного уровня и составлять электронную конфигурацию атомов элементов.
Распределение электронов по атомным орбиталям (АО) происходит в соответствии с принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Гунда.
В многоэлектронных атомах электрон взаимодействует не только с ядром (электростатическое притяжение), но и с другими электронами (электростатическое отталкивание). В этом случае его энергия определяется не только главным `n`, но и орбитальным `l` квантовыми числами. Орбитальное число определяет форму орбиталей, и чем сложнее их форма, тем выше энергия подуровня, который они составляют. Таким образом, при одном и том же значении `n` энергия возрастает с ростом `l:`
В этом случае сумма спинов всех трех электронов (суммарный спин подуровня) будет равна `1/2+1/2+1/2=1 1/2`.
Если бы электроны расп оло жились так:
то суммарный спин был бы равен `1/2-1/2+1/2=1/2`.
Правило Гунда выведено на основании изучения атомных спектров. Квантово-механическая природа этого правила основана на том, что электроны с разными значениями `m_l` (в нашем примере `–1`; `0`; `+1`) наиболее пространственно удалены друг от друга и энергия их электростатического отталкивания минимальна.
3. Принцип Паули (или принцип запрета Паули) утверждает, что в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел.
Как следствие, на одной орбитали не может существовать более двух электронов. При этом их спины будут противоположными.
Все вышеизложенные правила определяют энергию электрона, электронную конфигурацию атома и местоположение элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева.
Разница между орбиталями и уровнями энергии
Каждый атом состоит из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые окружены электронами. Эти электроны находятся в постоянном движении вокруг ядра. Поэтому мы не можем дать конкретное местополо
Содержание:
Каждый атом состоит из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые окружены электронами. Эти электроны находятся в постоянном движении вокруг ядра. Поэтому мы не можем дать конкретное местоположение для электрона в атоме. Вместо определения точного положения электрона ученые ввели понятие «вероятность». Другими словами, определяется наиболее вероятный путь, по которому электрон, скорее всего, движется. Этот путь называется орбитальным. Эти орбитали расположены в соответствии с количеством энергии, из которой состоят электроны на этих орбиталях. Это так называемые энергетические уровни. Основное различие между орбиталями и уровнями энергии состоит в том, что орбитали показывают наиболее вероятный путь движения электрона вокруг ядра, тогда как энергетические уровни показывают относительное расположение орбиталей в соответствии с количеством энергии, которой они обладают.
Ключевые области покрыты
1. Что такое орбитали
— Формирование, свойства и расположение
2. Что такое уровни энергии
— Формирование, свойства и расположение
3. Какова связь между орбиталями и уровнями энергии
— орбитали и уровни энергии
4. В чем разница между орбиталями и уровнями энергии
— Сравнение основных различий
Ключевые слова: атом, d орбиталь, электрон, уровни энергии, орбитали, вероятность, p орбиталь, s орбиталь
Какие орбитали
Есть несколько типов орбиталей, которые можно найти вокруг ядра. Немногие из них описаны ниже.
с орбитальной
Это орбитали сферической формы. На том же уровне энергии орбитали s имеют самую низкую энергию. Максимальное количество электронов, которое может удерживать орбиталь, равно двум. Эти два электрона находятся в противоположном спине, так что отталкивание между двумя электронами сведено к минимуму.
орбитальный
Это орбитали в форме гантелей, энергия которых выше, чем у орбитали. Максимальное количество электронов, которое может удерживать орбиталь, равно 6. Это связано с тем, что одна орбиталь состоит из трех суборбиталей, называемых рИкс, пY и рZ, Каждая из этих орбиталей может содержать максимум 2 электрона.
орбитальный
Эти орбитали выглядят как две гантели в одной плоскости. Однако это более сложная трехмерная структура, чем s и p-орбитали. Одна орбиталь состоит из 5 суборбиталей. Каждая суборбиталь может содержать до 2 электронов. Следовательно, максимальное число электронов, которое может удерживать d-орбиталь, равно 10.
Рисунок 1: Формы атомных орбиталей
Согласно теории молекулярных орбиталей, когда две атомные орбитали перекрываются, образуется молекулярная орбиталь. Эта молекулярная орбиталь указывает на образование ковалентной связи. Поэтому орбитали непосредственно участвуют в химической связи.
Что такое уровни энергии
Есть фиксированные числа электронов, которые может удерживать каждый энергетический уровень. Эти цифры приведены ниже. Это число зависит от количества орбиталей, из которых состоит каждый энергетический уровень.
Это указывает на то, что все другие уровни энергии, кроме 1 улица Уровень энергии может содержать до 8 электронов.
Рисунок 2: Уровни энергии в атоме. Символ «n» обозначает уровень энергии.
Электроны могут перемещаться между этими уровнями энергии, либо поглощая, либо выделяя энергию. Когда энергия передается атому, электрон с более низким энергетическим уровнем может быть перемещен на более высокий энергетический уровень. Это новое состояние называется возбужденным состоянием. Однако это возбужденное состояние не является стабильным. Следовательно, этот электрон может вернуться на уровень земли, высвободив энергию. Эти процессы называются электронными переходами.
Взаимосвязь между орбиталями и уровнями энергии
Разница между орбиталями и уровнями энергии
Определение
Именование
орбитали: Орбитали называются s, p, d и f.
Уровни энергии: Уровни энергии называются K, L, M, N.
Количество электронов
орбитали: Орбитали могут содержать максимальное количество электронов в соответствии с орбиталью, например, s = 2, p = 6 и d = 10.
Уровни энергии: Первый энергетический уровень состоит из 2 электронов, а все остальные энергетические уровни могут содержать до 8 электронов.
Заключение
Орбитали состоят из электронов. Уровни энергии показывают расположение орбиталей вокруг атома в соответствии с энергией этих орбиталей. Основное различие между орбиталями и энергетическими уровнями состоит в том, что орбитали показывают наиболее вероятный путь движения электрона, который движется вокруг ядра, тогда как энергетические уровни показывают относительное расположение орбиталей в соответствии с количеством энергии, которую они имеют.
Энергетические уровни и подуровни
Каждой орбитали отвечает определенная энергия. Обозначение орбитали включает номер энергетического уровня и букву, отвечающую соответствующему подуровню: 1s, 3p, 4d и т.п. Для каждого энергетического уровня, начиная со второго, возможно существование трех равных по энергии p-орбиталей, расположенных в трех взаимно перпендикулярных направлениях. На каждом энергетическом уровне, начиная с третьего, имеется пять d-орбиталей, имеющих более сложную четырехлепестковую форму. Начиная с четвертого энергетического уровня, появляются еще более сложные по форме f-орбитали; на каждом уровне их семь. Атомную орбиталь с распределенным по ней зарядом электрона нередко называют электронным облаком.
Вопрос 12.
Горизонтальная периодичность
Горизонтальная периодичность заключается в появлении максимальных и минимальных значений свойств простых веществ и соединений в пределах каждого периода. Она особенно заметна для элементов VIIIБ-группы и лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными).
В таких физических свойствах, как энергия ионизации и сродство к электрону, также проявляется горизонтальная периодичность, связанная с периодическим изменением числа электронов на последних энергетических подуровнях:
| Элемент | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne |
| Ei | ||||||||
| Ae | −60 | −27 | −122 | +7 | −141 | −328 | ||
| Электронная формула (валентные электроны) | 2s 1 | 2s 2 | 2s 2 2p 1 | 2s 2 2p 2 | 2s 2 2p 3 | 2s 2 2p 4 | 2s 2 2p 5 | 2s 2 2p 6 |
| Число неспаренных электронов |
Вопрос 13.
Вопрос 14.
Магнитные характеристики атома
Электрон обладает собственным магнитным моментом, который квантуется по направлению параллельно или противоположно приложенному магнитному полю. Если два электрона, занимающие одну орбиталь, имеют противоположно направленные спины (согласно принципу Паули), то они гасят друг друга. В этом случае говорят, что электроны спаренные. Атомы, имеющие только спаренные электроны, выталкиваются из магнитного поля. Такие атомы называются диамагнитными. Атомы, имеющие один или несколько неспаренных электронов, втягиваются в магнитное поле. Они называются диамагнитными.
Магнитный момент атома, характеризующий интенсивность взаимодействия атома с магнитным полем, практически пропорционален числу неспаренных электронов.
Особенности электронной структуры атомов различных элементов отражаются в таких энергетических характеристиках, как энергия ионизации и сродство к электрону.
Энергия ионизации
В изменении первых потенциалов ионизации, соответствующих удалению одного электрона, атомов явно выражена периодичность при увеличении порядкового номера атома:
Для одного и того же атома вторая, третья и последующие энергии ионизации всегда увеличиваются, так как электрон приходится отрывать от положительно заряженного иона. Например, для атома лития первая, вторая и третья энергии ионизации равны 520,3, 7298,1 и 11814,9 кДж/моль, соответственно.
Сродство к электрону
Наибольшим сродством к электрону обладают атомы галогенов. Например, для атома фтора присоединение электрона сопровождается выделением 327,9 кДж/моль энергии. Для ряда элементов сродство к электрону близко к нулю или отрицательно, что значит отсутствие устойчивого аниона для данного элемента.
Обычно сродство к электрону для атомов различных элементов уменьшается параллельно с ростом энергии их ионизации. Однако для некоторых пар элементов имеются исключения:
| Элемент | Ei, кДж/моль | Ae, кДж/моль |
| F | −238 | |
| Cl | −349 | |
| N | ||
| P | −71 | |
| O | −141 | |
| S | −200 |
Объяснение этому можно дать, основываясь на меньших размерах первых атомов и большем электрон-электронном отталкивании в них.
Вопрос 15.
Вопрос 16.
Горизонтальная периодичность заключается в появлении максимальных и минимальных значений свойств простых веществ и соединений в пределах каждого периода. Она особенно заметна для элементов VIIIБ-группы и лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными).
В таких физических свойствах, как энергия ионизации и сродство к электрону, также проявляется горизонтальная периодичность, связанная с периодическим изменением числа электронов на последних энергетических подуровнях: