Mechanika kwantowa to jeden z najważniejszych działów fizyki i chemii. Opisuje właściwości cząstek atomowych i subatomowych. Orbitale i podpoziomy to dwie części elektronów niosących atomy, które często są ze sobą mylone. Chociaż oba mają kilka podobieństw, mają różne właściwości.
Orbitale a podpoziomy
Różnica między orbitalami a podpoziomami polega na tym, że orbitale są przestrzeniami wewnątrz atomów, które mają największe prawdopodobieństwo przenoszenia elektronów, podczas gdy podpoziomy odnoszą się do podziału poziomów energii niesionych przez elektrony. W atomie podpoziom dzieli się na różne orbitale.
Orbitale to matematyczne funkcje opisujące najbardziej prawdopodobną lokalizację i zachowanie elektronów w atomie. Każdy orbital atomu jest scharakteryzowany za pomocą trzech liczb kwantowych, które opisują energię elektronu, moment pędu i składową wektora atomu.
Podpoziomy są zdefiniowane jako poziomy energii w mechanice kwantowej. W chemii te poziomy energii są związane z elektronami atomu. Jednak w fizyce te poziomy energii są również związane z jądrem. Zdolność trzymania elektronów zmienia się na każdym podpoziomie.
Tabela porównawcza między orbitami i podpoziomami
| Parametry porównania | Orbitale | Podpoziomy |
| Definicja | Funkcje matematyczne opisujące położenie elektronów. | Poziomy energetyczne elektronów i jądra atomowego. |
| Dział | Są to rodzaje podpoziomów. | Są to rodzaje orbit. |
| Pojemność elektronów | Jeden orbital może pomieścić dwa elektrony. | Różni się w zależności od pojemności każdego podpoziomu. |
| Kształt | Symetryczne, hantle lub złożone kształty. | Nie zdefiniowane jako kształty. |
| Zamiar | Wyznaczanie położenia elektronów. | Przewidywanie wiązań chemicznych. |
Czym są orbitale?
Orbitale to matematyczne funkcje opisujące najbardziej prawdopodobną lokalizację i zachowanie elektronów w atomie. Orbital jest również znany jako funkcja falowa elektronu. Istnieją cztery podstawowe typy orbitali, w tym orbitale s, p, d i f. Każdy orbital może pomieścić maksymalnie dwa elektrony.
Każdy orbital atomu jest scharakteryzowany za pomocą trzech liczb kwantowych, które opisują energię elektronu, moment pędu i składową wektora atomu. Moment pędu to spin elektronu. Ten spin elektronów na orbicie jest dodatni lub ujemny, co jest znane jako stany spinowe elektronów.
Gdy orbitale radykalnie oddalają się od jądra, ich rozmiary stopniowo rosną z każdym krokiem, co skutkuje wyższymi poziomami energii. Ponieważ orbital s jest najmniejszym i najbliższym jądru orbitalem, ma największe prawdopodobieństwo przenoszenia elektronów. Z drugiej strony orbital f jest duży i oddalony od jądra. Niesie bardzo wysoki poziom energii.
Fizyczne właściwości orbitali, w tym jego kształt i wielkość, zależą od kwadratu funkcji falowej. Orbitale znajdujące się blisko jądra są stosunkowo bardziej stabilne. W rezultacie mają określone kształty. Orbitale S mają kształt sferycznie symetryczny, orbitale p i d mają kształt hantli, a orbitale f mają złożone kształty rozproszone, ponieważ mają wysoki poziom energii.
Czym są podpoziomy?
Podpoziomy są zdefiniowane jako poziomy energii w mechanice kwantowej. W chemii te poziomy energii są związane z elektronami atomu. Jednak w fizyce te poziomy energii są również związane z jądrem. Zdolność trzymania elektronów zmienia się na każdym podpoziomie. Podpoziomy atomu są podzielone na różne orbitale przenoszące elektrony. Istnieją głównie cztery główne podpoziomy energetyczne atomów. Wraz ze wzrostem podpoziomu wzrasta również energia obecnych elektronów.
Podpoziom energii 1 ma tylko jeden orbital s, a zatem może przenosić tylko dwa elektrony. Z drugiej strony, podpoziom energii 2 ma jeden orbital s i trzy orbitale p. Ponieważ jeden orbital może przenosić tylko 2 elektrony, podpoziom energii 2 może pomieścić 8 elektronów. Gdy przechodzimy do podpoziomu 3, poziom energii i pojemność znacznie się zwiększają. Podpoziom 3 ma pięć dodatkowych orbitali d niż orbitali p. Podpoziom 3 obejmuje łącznie dziewięć orbitali, które mogą przenosić 18 elektronów. Podobnie, podpoziom 4 zawiera 7 dodatkowych orbitali f niż podpoziom 3. W związku z tym może przenosić w sumie 32 elektrony.
Rozkład elektronów we wszystkich atomach jest inny. Te podpoziomy określają rozkład elektronów wokół jądra, a tym samym pozwalają nam przewidzieć wiązania chemiczne, które atom może utworzyć z innymi pierwiastkami.
Główne różnice między orbitami a podpoziomami
Wniosek
Rozkład elektronów wokół jądra jest niewątpliwie jednym z najważniejszych pojęć mechaniki kwantowej. Stanowi podstawę głębi pola i pozwala nam badać, w jaki sposób elektrony pozostają stabilne, krążąc wokół jądra atomu. Chociaż orbitale i podpoziomy są kluczowymi częściami struktury atomowej, często są ze sobą mylone. Dzieje się tak ze względu na bliskie powiązania, jakie mają ze sobą.
Strukturę atomową pierwiastków bada się na fundamencie zbudowanym przez model atomu Bohra, zaproponowany przez Neila Bohra w 1915 roku. Chociaż model Bohra miał kilka ograniczeń, nadal jasno wyjaśniał jądro atomu, poziomy energii, oraz stabilny obieg elektronów wokół jądra. Z modelu Bohra wyprowadzono cztery postulaty badania struktur atomowych wszystkich pierwiastków.
Chociaż podpoziomy są określonymi granicami o stałych promieniach od jądra, bezpośrednio nie przenoszą w nich elektronów. Podpoziomy są dalej podzielone na orbitale, które niosą w sobie elektrony. Ponieważ każdy podpoziom ma inną liczbę orbitali, pojemność, poziomy energii, stabilność również różnią się w zależności od podpoziomów.
