Kvanttimekaniikka on yksi fysiikan ja kemian tärkeimmistä osista. Se kuvaa atomien ja subatomisten hiukkasten ominaisuuksia. Orbitaalit ja alatasot ovat kaksi osaa elektroneista, jotka kuljettavat atomeja, jotka sekoitetaan usein keskenään. Vaikka näillä kahdella on joitain yhtäläisyyksiä, niillä on erilaisia ominaisuuksia.
Orbitaalit vs alatasot
Ero orbitaalien ja alitasojen välillä on, että kiertoradat ovat tiloja atomien sisällä, joilla on suurin todennäköisyys kuljettaa elektroneja, kun taas alitasot viittaavat elektronien kuljettamien energiatasojen jakautumiseen. Atomissa alitaso on jaettu useisiin kiertoradoihin.
Orbitaalit ovat matemaattisia funktioita, jotka kuvaavat elektronien todennäköisintä sijaintia ja käyttäytymistä atomissa. Jokainen atomin kiertorata on luonnehdittu kolmeen kvanttilukuun, jotka kuvaavat elektronin energiaa, kulmamomenttia ja atomin vektorikomponenttia.
Alatasot määritellään kvanttimekaniikassa energiatasoiksi. Kemiassa nämä energiatasot liittyvät atomin elektroneihin. Fysiikassa nämä energiatasot liittyvät kuitenkin myös ytimeen. Elektronien pidätyskyky vaihtelee joka alatasolla.
Orbitaalien ja alatasojen vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Orbitaalit | Alatasot |
| Määritelmä | Matemaattiset funktiot, jotka kuvaavat elektronien sijaintia. | Atomien elektronien ja ytimen energiatasot. |
| Division | Ne ovat alatasojen tyyppejä. | Ne ovat kiertoradan tyyppejä. |
| Elektronikapasiteetti | Yhdelle kiertoradalle mahtuu kaksi elektronia. | Vaihtelee kunkin alatason kapasiteetin mukaan. |
| Muoto | Symmetriset, käsipainot tai monimutkaiset muodot. | Ei määritelty muodoiksi. |
| Tarkoitus | Elektronien sijainnin määrittäminen. | Kemiallisten sidosten ennustaminen. |
Mitä orbitaalit ovat?
Orbitaalit ovat matemaattisia funktioita, jotka kuvaavat elektronien todennäköisintä sijaintia ja käyttäytymistä atomissa. Orbitaali tunnetaan myös elektronin aaltofunktiona. Orbitaaleja on neljä perustyyppiä, mukaan lukien s, p, d ja f-orbitaali. Jokainen orbitaali voi sisältää enintään kaksi elektronia.
Jokainen atomin kiertorata on luonnehdittu kolmeen kvanttilukuun, jotka kuvaavat elektronin energiaa, kulmamomenttia ja atomin vektorikomponenttia. Kulmamomentti on elektronin elektronin spin. Tämä elektronien spin kiertoradalla on joko positiivinen tai negatiivinen, jotka tunnetaan elektronien spin-tiloina.
Kun orbitaalit siirtyvät radikaalisti pois ytimestä, niiden koko kasvaa vähitellen joka askeleella, mikä johtaa korkeampiin energiatasoihin. Koska s-orbitaali on pienin ja lähin kiertorata ydintä, sillä on suurin todennäköisyys kuljettaa elektroneja. Toisaalta f-orbitaali on suuri ja kaukana ytimestä. Se kantaa erittäin korkeaa energiatasoa.
Orbitaalin fyysiset ominaisuudet mukaan lukien sen muoto ja koko riippuvat aaltofunktion neliöstä. Ytimen lähellä olevat kiertoradat ovat suhteellisen vakaampia. Tämän seurauksena he ovat määrittäneet muodot. S-orbitaalit ovat muodoltaan pallosymmetrisiä, p-orbitaalit ja d-orbitaalit ovat käsipainojen muotoisia, ja f-orbitaalit ovat monimutkaisia hajamuotoisia, koska niillä on korkea energiataso.
Mitä alatasot ovat?
Alatasot määritellään kvanttimekaniikassa energiatasoiksi. Kemiassa nämä energiatasot liittyvät atomin elektroneihin. Fysiikassa nämä energiatasot liittyvät kuitenkin myös ytimeen. Elektronien pidätyskyky vaihtelee joka alatasolla. Atomin alatasot on jaettu erilaisiin kiertoradoihin, jotka kuljettavat elektroneja. Atomilla on pääasiassa neljä pääasiallista energia-alatasoa. Kun alataso nousee, myös läsnä olevien elektronien energia kasvaa.
Energian alatasolla 1 on vain yksi s-orbitaali, ja siksi se voi kuljettaa vain kahta elektronia. Toisaalta energia-alatasolla 2 on yksi s-orbitaali ja kolme p-orbitaalia. Koska yksi orbitaali voi kuljettaa vain 2 elektronia, energian alatasolla 2 on kapasiteetti 8 elektronia. Kun siirrymme alatasolle 3, energiatasot ja kapasiteetti kasvavat merkittävästi. Alatasolla 3 on viisi ylimääräistä d-orbitaalia kuin p-orbitaalit. Alataso 3 sisältää yhteensä yhdeksän orbitaalia, jotka voivat kuljettaa 18 elektronia. Vastaavasti alataso 4 sisältää 7 lisäf-kiertorataa kuin alataso 3. Näin ollen se voi kuljettaa yhteensä 32 elektronia.
Elektronien jakautuminen kaikissa atomeissa on erilainen. Nämä alatasot määrittävät elektronien jakautumisen ytimen ympärillä, ja näin ollen sen avulla voimme ennustaa kemialliset sidokset, joita atomi voi muodostaa muiden alkuaineiden kanssa.
Tärkeimmät erot orbitaalien ja alatasojen välillä
Johtopäätös
Elektronien jakautuminen ytimen ympäri on epäilemättä yksi kvanttimekaniikan tärkeimmistä käsitteistä. Se muodostaa pohjan kentän syvyydelle ja antaa meille mahdollisuuden tutkia, kuinka elektronit pysyvät vakaina pyöriessään atomin ytimen ympäri. Vaikka orbitaalit ja alatasot ovat molemmat atomirakenteen avainosia, ne sekoitetaan usein keskenään. Tämä johtuu läheisestä keskinäisestä suhteesta, joka näillä kahdella on keskenään.
Alkuaineiden atomirakennetta tutkitaan perustalle, joka rakensi Bohrin atomimallin, jonka Neil Bohr ehdotti vuonna 1915. Vaikka Bohrin mallissa oli joitain rajoituksia, se selitti silti selvästi atomin ytimen, energiatasot., ja elektronien vakaa kierto ytimen ympärillä. Bohrin mallista johdettiin neljä postulaattia kaikkien alkuaineiden atomirakenteiden tutkimiseksi.
Vaikka alatasot ovat määriteltyjä rajoja vakiosäteillä ytimestä, ne eivät suoraan kuljeta elektroneja niissä. Alatasot jaetaan edelleen kiertoradoihin, jotka kuljettavat elektroneja sisällään. Koska jokaisella alatasolla on eri määrä kiertoradoja, myös kapasiteetti, energiatasot, vakaus vaihtelee alatasojen mukaan.
