Das Energieniveau ist ein Konzept, das in der Atomphysik verwendet wird, um elektronische Orbitale in einem Atom zu klassifizieren. Je höher das Energieniveau ist, desto weiter entfernt befindet es sich vom Kern des Atoms und enthält auch mehr Energie. Immer wenn sich ein Elektron auf einem höheren Energieniveau befindet, befindet es sich in einem entfernteren Bereich des Atoms und hat daher mehr Energie.
Tabelle 11 ermöglicht es uns zu bestimmen, wie viele Orbitale sich auf jedem Energieniveau befinden. Dieses Mal wenden wir uns der vierten Energieniveau zu. Auf der vierten Ebene ist es möglich, Orbitale mit unterschiedlichen Orbitalmomentwerten zu platzieren, durch die wir die volle Anzahl von Orbitalen auf dieser Ebene bestimmen können.
Die Anzahl der Orbitale auf der vierten Energieebene kann durch die Formel 2n2 bestimmt werden, wobei n die Nummer des Energieniveaus ist. In diesem Fall ersetzen wir die Zahl 4 anstelle von n und erhalten:
Anzahl der Orbitale = 2 × 42 = 2 × 16 = 32.
Die vierte Energieniveau umfasst somit 32 Orbitale. Jedes Orbital kann bis zu zwei Elektronen aufnehmen, so dass sich bis zu 64 Elektronen auf der vierten Energieniveau befinden können. Dies ist ein wichtiges Wissen, das beim Verständnis der Struktur eines Atoms und seiner Elektronenhülle hilft.
Orbitale auf der vierten Energieebene
Auf der vierten Energieebene kann n = 4 die Gesamtzahl der Orbitale gleich 16 aufweisen. Sie sind in mehrere Unterebenen unterteilt, von denen jede ihre eigene Form und Ausrichtung im Raum hat.
| Unterebene (L) | Anzahl der Orbitale (ml) |
|---|---|
| 0 (s-Orbital) | 1 |
| 1 (p-Orbitale) | 3 |
| 2 (d-Orbitale) | 5 |
| 3 (f-Orbitale) | 7 |
Somit gibt es 1 s-Orbitale, 3 p-Orbitale, 5 d-Orbitale und 7 f-Orbitale auf der vierten Energieebene, was insgesamt 16 Orbitale ergibt.
Gesamtzahl der Orbitale auf der vierten Ebene
Das vierte Energieniveau besteht aus vier verschiedenen Orbitalen, von denen jedes eine bestimmte Anzahl von Elektronen enthalten kann. Tabelle 11 zeigt für das vierte Energieniveau die Anzahl der Orbitale in jeder Umlaufbahn an.
Für jede Umlaufbahn auf der vierten Ebene gilt die Maxwell-Füllregel, die besagt, dass jede Umlaufbahn nicht mehr als zwei Elektronen mit einem entgegengesetzten Spin enthalten darf. Folglich beträgt die Gesamtzahl der Elektronen auf der vierten Ebene acht.
| Typ des Orbitals | Anzahl der Orbitale | Maximale Anzahl von Elektronen |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Die Gesamtzahl der Orbitale auf der vierten Ebene beträgt also sechzehn (1 + 3 + 5 + 7), und die maximale Anzahl von Elektronen auf dieser Ebene beträgt acht (2 + 6 + 10 + 14).
Abhängigkeit der Anzahl der Orbitale vom Energieniveau
Um zu verstehen, wie sich die Anzahl der Orbitale auf der Energieniveau ändert, müssen Sie sich auf Tabelle 11 für die vierte Energieniveau beziehen. Diese Tabelle enthält Daten über die Anzahl der Orbitale auf jedem Energieniveau.
Auf dem niedrigsten Energieniveau, n = 1, befindet sich nur ein Orbital. Dieser Orbital wird als s-Orbital bezeichnet und kann maximal 2 Elektronen enthalten.
Auf der zweiten Energieebene, n = 2, befinden sich bereits zwei Orbitale: das s-Orbital und das p-Orbital. Ein s-Orbital kann auch ein Makismum von 2 Elektronen enthalten, während ein p-Orbital maximal 6 Elektronen enthalten kann.
Auf der dritten Energieebene, n = 3, steigt die Anzahl der Orbitale noch weiter an. Ein s-Orbital kann auch maximal 2 Elektronen enthalten. Als nächstes befinden sich auf dieser Ebene drei weitere p-Orbitale, von denen jede maximal 6 Elektronen enthalten kann.
Schließlich erscheinen auf der vierten Energieebene, n = 4, zwei weitere Arten von Orbitalen: d-Orbital und f-Orbital. Das d-Orbital enthält 10 Elektronen und das f-Orbital enthält 14 Elektronen.
Daher nimmt die Anzahl der Orbitale auf Energieniveau abhängig vom Wert von n zu und wird durch den Orbitaltyp bestimmt.
Die Anzahl der Elektronen auf der vierten Energieebene:
Das vierte Energieniveau, das durch das Symbol n = 4 gekennzeichnet ist, kann maximal 32 Elektronen enthalten. Auf der vierten Ebene befinden sich 4 Unterebenen: s, p, d und f, von denen jede eine unterschiedliche Anzahl von Orbitalen aufweist.
Die Unterebene s kann 1 Orbitaleinheit und maximal 2 Elektronen aufnehmen, die Unterebene p ist 3 Orbitaleinheit und maximal 6 Elektronen, die Unterebene d ist 5 Orbitaleinheit und maximal 10 Elektronen und die Unterebene f ist 7 Orbitaleinheit und maximal 14 Elektronen.
Somit entspricht die Gesamtzahl der Elektronen auf der vierten Energieebene der Summe der Anzahl der Elektronen auf jeder Unterebene: 2 (Unterebene s) + 6 (Unterebene p) + 10 (Unterebene d) + 14 (Unterebene f) = 32 Elektronen.
Es ist genau diese Menge an Elektronen, die auf der vierten Energieebene in einem Atom verteilt werden kann.
Vergleich der Anzahl der Orbitale auf verschiedenen Energieniveaus
Im vierten Energieniveau befinden sich Orbitale verschiedener Typen: s-, p-, d- und f- Orbital. Die Anzahl dieser Orbitale hängt vom Wert der primären Quantenzahl (n) ab.
Für die vierte Energieebene erhöht sich die Anzahl der Orbitale bei jedem Orbitaltyp schrittweise in der folgenden Reihenfolge:
- Für s- orbitale: 1 Orbitale
- Für p- orbitale: 3 Orbitale
- Für d- orbitale: 5 Orbitale
- Für f- orbitale: 7 Orbitale
Somit sind auf der vierten Energieebene insgesamt 16 Orbitale vorhanden: 1 s- orbital, 3 p- orbitale, 5 d- orbitale und 7 f- Orbital.
Dieser Vergleich ermöglicht ein besseres Verständnis der Struktur von Atomen auf verschiedenen Energieniveaus und ihrer Fähigkeit, chemische Bindungen gemäß der Füllung der Orbitale mit Elektronen zu bilden.
Allgemeine Formel zur Bestimmung der Anzahl der Orbitale
Die Anzahl der Orbitale auf Energieniveau n kann mit der allgemeinen Formel ermittelt werden:
n 2
Wobei n die Nummer des Energieniveaus ist.
Für das vierte Energieniveau (n = 4) kann beispielsweise die Anzahl der Orbitale mithilfe einer Formel ermittelt werden:
4 2 = 16
Somit gibt es 16 Orbitale auf der vierten Energieebene.
Beispiele für die Berechnung der Anzahl der Orbitale auf der vierten Ebene
Im Folgenden sind Beispiele für die Berechnung der Anzahl der Orbitale auf der vierten Energieebene (n = 4) für verschiedene Arten von Unterebenen aufgeführt.
1. s-Unterebene (l = 0):
Wenn man bedenkt, dass es nur einen Orbitalbereich für die s-Unterebene auf jeder Energieniveau gibt, beträgt die Anzahl der Orbitale auf der vierten Ebene 1.
2. p-Unterebene (l = 1):
Für die p-Unterebene gibt es drei Orbitale auf jedem Energieniveau - px, py und pz. Die Anzahl der Orbitale auf der vierten Ebene beträgt also 3, eine Orbitale für jede der drei Orientierungen.
3. d-Unterebene (l = 2):
Für die d-Unterebene gibt es fünf Orbitale auf jeder Energieebene - dxy, dyz, dzx, dx^2-y^2 und dz^2. Daher beträgt die Anzahl der Orbitale auf der vierten Ebene 5, eine Orbitale für jeden Unterebenen-Typ.
4. f-Unterebene (l = 3):
Für die f-Unterebene gibt es sieben Orbitale auf jeder Energieebene, darunter fxyz, fx^2-y^2z, fxyz^2, fz^3, fx^3-3xy-, fy^3-3xy-, fxyz^2-, fxy^2z-. Daher beträgt die Anzahl der Orbitale auf der vierten Ebene 7, eine Orbitale für jeden Unterebenen-Typ.
Diese Beispiele ermöglichen ein besseres Verständnis der Verteilung und Anzahl der Orbitale auf der vierten Energieebene für verschiedene Arten von Unterebenen.
