Orbitalen versus subniveaus: verschil en vergelijking

Kwantummechanica is een van de belangrijkste onderdelen van de natuurkunde en scheikunde. Het beschrijft de eigenschappen van atomaire en subatomaire deeltjes. Orbitalen en subniveaus zijn twee delen van elektronen die atomen dragen die met elkaar verward zijn. Hoewel de twee enkele overeenkomsten delen, hebben ze verschillende eigenschappen.

Key Takeaways

1. Orbitalen zijn gebieden waar waarschijnlijk elektronen worden gevonden, terwijl subniveaus energieniveaus zijn binnen een elektronenschil.
2. Elk subniveau bestaat uit een of meer orbitalen: s, p, d en f.
3. Subniveaus zijn gelabeld met de belangrijkste kwantumnummers en -letters, terwijl de vorm van de elektronenwolk orbitalen vertegenwoordigt.

Orbitalen versus subniveaus

Een orbitaal is een driedimensionaal ruimtegebied rond de kern van een atoom waar de kans het grootst is dat een elektron wordt gevonden. Een subniveau is een groep orbitalen met dezelfde waarden voor n en l kwantumgetallen. Er zijn vier soorten subniveaus: s, p, d en f, die verder kunnen worden uitgesplitst.

Orbitalen zijn wiskundige functies die de meest waarschijnlijke locatie en het gedrag van elektronen in een atoom beschrijven. Elke orbitaal van een atoom wordt gekarakteriseerd in drie kwantumgetallen die de energie van het elektron beschrijven, hoekig momentum en de vectorcomponent van het atoom.

Subniveaus worden gedefinieerd als energieniveaus in Quantum Mechanics. In de chemie worden deze energieniveaus geassocieerd met elektronen van het atoom. In de natuurkunde worden deze energieniveaus echter ook geassocieerd met de kern. De capaciteit om elektronen vast te houden varieert met elk subniveau.

Vergelijkingstabel

Parameters van vergelijking:	orbitalen	Subniveaus
Definitie	Wiskundige functies die de locatie van de elektronen beschrijven.	Energieniveaus van atomaire elektronen en kern.
Divisie	Het zijn soorten subniveaus.	Het zijn soorten banen.
Elektronencapaciteit	Eén orbitaal kan twee elektronen bevatten.	Varieert met de capaciteit van elk subniveau.
Vorm	Symmetrische, halter of complexe vormen.	Niet gedefinieerd als vormen.
Doel	Het bepalen van de locatie van elektronen.	Voorspelling van chemische bindingen.

Wat zijn orbitalen?

Orbitalen zijn wiskundige functies die de meest waarschijnlijke locatie en het gedrag van elektronen in een atoom beschrijven. Een orbitaal wordt ook wel de golffunctie van het elektron genoemd. Er zijn vier basistypen orbitalen: s, p, d en f-orbitaal. Elke orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten.

Elke orbitaal van een atoom wordt gekarakteriseerd in drie kwantumgetallen die de energie van het elektron, het impulsmoment en de vector beschrijven bestanddeel van het atoom. Het impulsmoment is de elektronenspin van het elektron. Deze spin van elektronen in de orbitaal is positief of negatief, wat bekend staat als de spintoestanden van elektronen.

Naarmate de orbitalen zich radicaal van de kern verwijderen, nemen hun afmetingen geleidelijk toe bij elke stap, wat resulteert in hogere energieniveaus. Omdat de s-orbitaal de kleinste en dichtst bij de kern gelegen orbitaal is, heeft deze de grootste kans om elektronen te vervoeren. Aan de andere kant is de f-orbitaal groot en ver weg van de kern. Het draagt ​​een zeer hoog niveau van energie.

Fysieke kenmerken van de orbitaal, inclusief de vorm en grootte, afhankelijk van de golffunctie vierkant . De orbitalen die zich dicht bij de kern bevinden, zijn relatief stabieler. Als gevolg hiervan hebben ze gedefinieerde vormen. S-orbitalen zijn sferisch symmetrisch van vorm, p-orbitalen en d-orbitalen hebben de vorm van halters en f-orbitalen hebben complexe diffuse vormen omdat ze hoge energieniveaus hebben.

Wat zijn subniveaus?

Subniveaus worden gedefinieerd als energieniveaus in Quantum Mechanics. In de chemie worden deze energieniveaus geassocieerd met elektronen van het atoom. In de natuurkunde worden deze energieniveaus echter ook geassocieerd met de kern. De capaciteit om elektronen vast te houden varieert met elk subniveau. Subniveaus van een atoom zijn verdeeld in verschillende orbitalen die elektronen dragen. Er zijn hoofdzakelijk vier belangrijke energiesubniveaus van atomen. Naarmate het subniveau toeneemt, neemt ook de energie van de aanwezige elektronen toe.

Energiesubniveau 1 heeft slechts één s-orbitaal, dus het kan slechts twee elektronen vervoeren. Aan de andere kant heeft energiesubniveau 2 één s-orbitaal en drie p-orbitalen. Aangezien één orbitaal slechts 2 elektronen kan dragen, heeft energiesubniveau 2 de capaciteit om 8 elektronen vast te houden. Naarmate we naar subniveau 3 gaan, nemen de energieniveaus en capaciteit aanzienlijk toe. Subniveau 3 heeft vijf extra d-orbitalen dan p-orbitalen. Subniveau 3 bevat in totaal negen orbitalen die 18 elektronen kunnen vervoeren. Evenzo bevat subniveau 4 7 extra f-orbitalen dan subniveau 3. Daarom kan het in totaal 32 elektronen dragen.

De verdeling van elektronen in alle atomen is anders. Deze subniveaus bepalen de verdeling van elektronen rond de kern, en daardoor kunnen we de chemische bindingen voorspellen die het atoom met andere elementen kan vormen.

Belangrijkste verschillen tussen orbitalen en subniveaus

1. Orbitalen hebben elektronen met draairichtingen, terwijl subniveaus verschillende energieniveaus hebben.
2. Orbitalen zijn soorten subniveaus, terwijl subniveaus soorten banen zijn.
3. Elke orbitaal kan maximaal twee elektronen bevatten, terwijl de capaciteit van elektronen varieert met elk subniveau.
4. Orbitalen hebben geen gedefinieerde grenzen binnen het atoom, terwijl subniveaus vooraf zijn gedefinieerd.
5. De vorm van orbitalen kan symmetrisch, halterachtig of complex zijn, terwijl subniveaus niet als vormen worden gedefinieerd.

Referenties

1. https://link.springer.com/article/10.1007/BF02461321
2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3700/20/16/028/meta

Laatst bijgewerkt: 11 juni 2023