Energetická úroveň je koncept, který se používá v atomové fyzice ke klasifikaci elektronických orbitalů v atomu. Čím vyšší je energetická hladina, tím dále je od jádra atomu a také obsahuje více energie. Kdykoli je elektron na vyšší energetické úrovni, Nachází se ve vzdálenější oblasti atomu, a proto má více energie.
Tabulka 11 nám umožňuje určit, kolik orbitalů je na každé energetické úrovni. Tentokrát se dostáváme na čtvrtou energetickou úroveň. Na čtvrté úrovni je možné umístit orbitaly s různými hodnotami orbitálního momentu, díky nimž můžeme na této úrovni určit plný počet orbitalů.
Počet orbitalů na čtvrté energetické úrovni lze určit podle vzorce 2n2, kde n je číslo energetické úrovně. V tomto případě nastavíme číslo 4 místo n a dostaneme:
Počet orbitalů = 2 × 42 = 2 × 16 = 32.
Čtvrtá energetická úroveň tedy zahrnuje 32 orbitalů. Každý Orbital pojme až dva elektrony, takže na čtvrté energetické úrovni může být až 64 elektronů. Je to důležitá znalost, která pomáhá porozumět struktuře atomu a jeho elektronovému obalu.
Orbitaly na čtvrté energetické úrovni
Na čtvrté energetické úrovni může být n=4 s celkovým počtem orbitalů roven 16. Jsou rozděleny do několika podúrovní, z nichž každá má svůj tvar a orientaci v prostoru.
| Podúroveň (l) | Počet orbitalů (ml) |
|---|---|
| 0 (s-orbital) | 1 |
| 1 (p-orbitaly) | 3 |
| 2 (D-orbitaly) | 5 |
| 3 (F-orbitaly) | 7 |
Takže na čtvrté energetické úrovni je 1 s orbital, 3 P orbitaly, 5 d orbitaly a 7 F orbitaly, což dohromady dává 16 orbitalů.
Celkový počet orbitalů na čtvrté úrovni
Čtvrtá energetická hladina je čtyři různé orbitaly, z nichž každá může obsahovat určitý počet elektronů. Tabulka 11 pro čtvrtou energetickou úroveň ukazuje počet orbitalů na každém orbitalu.
Pro každý Orbital na čtvrté úrovni platí pravidlo Maxwellova vyplnění, které říká, že každý Orbital může obsahovat maximálně dva elektrony s opačným spinem. Celkový počet elektronů na čtvrté úrovni je tedy osm.
| Typ orbitalu | Počet orbitalů | Maximální počet elektronů |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Takže celkový počet orbitalů na čtvrté úrovni se rovná šestnácti (1 + 3 + 5 + 7), a maximální počet elektronů na této úrovni je osm (2 + 6 + 10 + 14).
Závislost počtu orbitalů na energetické úrovni
Abychom pochopili, jak se počet orbitalů na energetické úrovni mění, musíme se podívat na tabulku 11 pro čtvrtou energetickou úroveň. Tato tabulka poskytuje údaje o počtu orbitalů na každé energetické úrovni.
Na nejnižší energetické úrovni, n=1, se nachází pouze jeden Orbital. Tento Orbital se nazývá Orbital s a může obsahovat maximálně 2 elektrony.
Na druhé energetické úrovni, n = 2, se již nacházejí dva orbitaly: Orbital s a Orbital P. Orbital s může také obsahovat makismum 2 elektronů, zatímco Orbital P může obsahovat maximálně 6 elektronů.
Na třetí energetické úrovni, n = 3, se počet orbitalů ještě zvyšuje. Jeden Orbital s může také obsahovat maximálně 2 elektrony. Dále jsou na této úrovni umístěny další tři orbitaly p, z nichž každý může obsahovat maximálně 6 elektronů.
A konečně, na čtvrté energetické úrovni, n=4, se objevují další dva typy orbitalů: d-Orbital a F-Orbital. D Orbital obsahuje makismum 10 elektronů a F Orbital 14 elektronů.
Počet orbitalů na energetické úrovni se tedy zvyšuje v závislosti na hodnotě n a je definován typem orbitalu.
Počet elektronů na čtvrté energetické úrovni:
Čtvrtá energetická hladina, označená symbolem n = 4, může obsahovat maximálně 32 elektronů. Na čtvrté úrovni jsou 4 podúrovně: S, p, d A f, z nichž každá má jiný počet orbitalů.
Podúroveň s pojme 1 Orbital a maximálně 2 elektrony, podúroveň P - 3 orbitaly a maximálně 6 elektronů, podúroveň d - 5 orbitalů a maximálně 10 elektronů a podúroveň f - 7 orbitalů a maximálně 14 elektronů.
Celkový počet elektronů na čtvrté energetické úrovni se tedy rovná součtu počtu elektronů na každé podúrovni: 2 (podúroveň s) + 6 (podúroveň p) + 10 (podúroveň d) + 14 (podúroveň f) = 32 elektronů.
Přesně takový počet elektronů může být distribuován na čtvrté energetické úrovni v atomu.
Porovnání počtu orbitalů na různých energetických úrovních
Ve čtvrté energetické úrovni jsou orbitaly různých typů: s-, p-, d- a f- orbitaly. Počet těchto orbitalů závisí na hodnotě hlavního kvantového čísla (n).
U čtvrté energetické úrovně se počet orbitalů na každém typu orbitalu postupně zvyšuje v následujícím pořadí:
- Pro s- Orbital: 1 Orbital
- Pro p- orbitaly: 3 orbitaly
- Pro d- orbitaly: 5 orbitalů
- Pro f- orbitaly: 7 orbitalů
Takže na čtvrté energetické úrovni je celkem 16 orbitalů: 1 s- Orbital, 3. p- Orbital, 5. d- orbitaly a 7 f- orbitalů.
Toto srovnání umožňuje lépe porozumět struktuře atomů na různých energetických úrovních a jejich schopnosti vytvářet chemické vazby podle plnění orbitalů elektrony.
Obecný vzorec pro stanovení počtu orbitalů
Počet orbitalů na energetické úrovni n lze určit pomocí obecného vzorce:
n 2
Kde n je číslo energetické úrovně.
Například u čtvrté energetické úrovně (n = 4) lze počet orbitalů nalézt pomocí vzorce:
4 2 = 16
Na čtvrté energetické úrovni je tedy 16 orbitalů.
Příklady výpočtu počtu orbitalů na čtvrté úrovni
Níže jsou uvedeny příklady výpočtu počtu orbitalů na čtvrté energetické úrovni (n = 4) pro různé typy podúrovní.
1. s-podúroveň (l = 0):
Vzhledem k tomu, že pro s-podúroveň je na každé energetické úrovni pouze jeden Orbital, bude číslo orbitalů na čtvrté úrovni 1.
2. p-podúroveň (l = 1):
Pro P-podúroveň jsou na každé energetické úrovni tři orbitaly-px, py a pz. Takže počet orbitalů na čtvrté úrovni bude 3, jeden Orbital pro každou ze tří orientací.
3. d-podúroveň (l = 2):
Pro D-podúroveň je na každé energetické úrovni pět orbitalů - DXY, dyz, dzx, dx^2-y^2 a dz^2. Proto bude číslo orbitalů na čtvrté úrovni 5, jeden Orbital pro každý typ podúrovně.
4. f-podúroveň (l = 3):
Pro F-podúroveň je na každé energetické úrovni sedm orbitalů, což zahrnuje fxyz, fx^2-y^2Z, fxyz^2, fz^3, fx^3-3xy -, fy^3-3xy -, fxyz^2 -, fxy^2Z-. V důsledku toho bude číslo orbitalů na čtvrté úrovni 7, jeden Orbital pro každý typ podúrovně.
Tyto příklady umožňují lepší pochopení distribuce a počtu orbitalů na čtvrté energetické úrovni pro různé typy podúrovní.