Структура атомів і їх енергетичних рівнів є однією з фундаментальних тим в області фізики і хімії. Проникнути в глибину будови атома і розібратися в особливостях його енергетичних рівнів допоможе вивчення кількості орбіталей на першому і другому енергетичних рівнях.
Перший енергетичний рівень являє собою найближчий до ядра атома. Рівень містить лише одну орбіталь-1s, яка має форму сфери і може вмістити два електрони. Іншими словами, на першому енергетичному рівні може перебувати максимум два електрони.
На другому енергетичному рівні, який знаходиться на деякій відстані від ядра, вже можна спостерігати велику різноманітність орбіталей. На цьому рівні можна виявити орбіталі 2S і 2P. Орбіталь 2s також являє собою сферу і вміщує максимум два електрони, як і 1s, однак вона відрізняється від неї своїм розміром, так як знаходиться на більш високому енергетичному рівні.
Орбіталі 2P, на відміну від сферичних орбіталей 1S і 2s, мають форму двуполюсника і можуть розташовуватися по трьох головних осях координат – x, y і z. кожна орбіталь 2P здатна вмістити по два електрони, в результаті на другому енергетичному рівні може перебувати максимум шість електронів – по два електрони на кожну з трьох орбіталей.
Кількість орбіталей на першому енергетичному рівні: детальний аналіз
Кількість орбіталей на першому енергетичному рівні залежить від квантового числа головної квантової оболонки, яке позначається буквою N. Нижче наведена таблиця, що демонструє кількість орбіталей на першому енергетичному рівні для різних значень n.
| Значення n | Кількість орбіталей на першому енергетичному рівні |
|---|---|
| 1 | 1 |
| 2 | 4 |
| 3 | 9 |
Як видно з таблиці, при n=1, на першому енергетичному рівні присутня тільки одна орбіталь. Це пояснює факт, що перший рівень може містити максимум 2 електрони (з урахуванням принципу Паулі).
При збільшенні значення n, кількість орбіталей на першому енергетичному рівні збільшується квадратично. Наприклад, для n=2 Кількість орбіталей дорівнює 4 (2^2), а для n=3 - 9 (3^2).
Цей аналіз допомагає зрозуміти особливості першого енергетичного рівня та важливу роль, яку він відіграє в структурі атомів.
Розділ 1: Основні характеристики орбіталей першого енергетичного рівня
Перший енергетичний рівень в атомі визначає найбільш близьку до ядра область перебування електрона, звану першою енергетичною оболонкою. На даному рівні знаходяться дві орбіталі, кожна з яких має свої особливості і характеристиками.
Орбіталі першого енергетичного рівня мають наступні основні характеристики:
- 1S-орбіталь: ця орбіталь є найближчою до ядра і має форму сфери. На ній може перебувати максимум 2 електрона з протилежними спинами. Орбіталь 1s є найменш енергетично стабільною з усіх орбіталей першого енергетичного рівня.
- Орбіталь 2s: ця орбіталь також має форму сфери, але знаходиться далі від ядра, ніж орбіталь 1s. Вона здатна вмістити максимум 2 електрона з протилежними спинами. Орбіталь 2s вже має вищу енергію, ніж орбіталь 1s.
Розподіл електронів по орбіталях першого енергетичного рівня підпорядковується принципу заповнення, згідно з яким електрони заповнюють орбіталі з найменшою енергією в першу чергу.
Кількість орбіталей на другому енергетичному рівні: повне пояснення
Другий енергетичний рівень складається з двох підрівнів, які є s-підрівнем і p-підрівнем. S-підрівень складається з однієї s-орбіталі, яка може містити максимум два електрони. P-підрівень складається з трьох p-орбіталей, кожна з яких може містити максимум два електрони, що дає нам загальну кількість орбіталей Рівне чотирьом, які можуть вмістити вісім електронів.
Таким чином, на другому енергетичному рівні може бути до чотирьох орбіталей, що вміщають в сумі до восьми електронів. Кількість орбіталей і електронів на даному рівні зростає в порівнянні з першим енергетичним рівнем, що говорить про поступове збільшення складності атома і його електронної структури при переході до наступних енергетичних рівнів.
Розділ 2: Властивості та чисельність орбіталей другого енергетичного рівня
Другий енергетичний рівень атома - це набір орбіталей, розташованих на більшій відстані від ядра, ніж орбіталі першого енергетичного рівня. Орбіталі другого рівня мають вищу енергію і можуть містити більше електронів.
На другому енергетичному рівні знаходяться три типи орбіталей: s, P і d. орбіталь s є сферичною, орбіталь p має форму шестипроменевої зірки, а орбіталь d – форму чотирилистої конюшини.
Кожна орбіталь другого енергетичного рівня може містити певну кількість електронів. Орбіталь s може вмістити максимум 2 електрони, орбіталь p – 6 електронів, а орбіталь d – 10 електронів. Всього на другому енергетичному рівні може міститися до 18 електронів.
Чисельність орбіталей на другому рівні залежить від атомного номера елемента. Наприклад, для атома кисню (Z = 8) є 2 орбіталі s і 6 орбіталей p на другому рівні.
Властивості і число орбіталей другого енергетичного рівня відіграють важливу роль у визначенні хімічних властивостей елементів, так як саме ці орбіталі вступають в хімічні зв'язки і утворюють молекули.