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 vaak met elkaar worden verward. Hoewel de twee een paar overeenkomsten delen, hebben ze verschillende eigenschappen.
Orbitalen versus subniveaus
Het verschil tussen orbitalen en subniveaus is dat orbitalen ruimten zijn binnen atomen die de grootste kans hebben om elektronen te dragen, terwijl subniveaus verwijzen naar de verdeling van energieniveaus die door de elektronen worden gedragen. In een atoom is een subniveau verdeeld in verschillende orbitalen.
Orbitalen zijn wiskundige functies die de meest waarschijnlijke locatie en het meest waarschijnlijke gedrag van elektronen in een atoom beschrijven. Elke orbitaal van een atoom wordt gekarakteriseerd in drie kwantumgetallen die de energie van het elektron, het impulsmoment en de vectorcomponent van het atoom beschrijven.
Subniveaus worden in de kwantummechanica gedefinieerd als energieniveaus. 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 tussen orbitalen en subniveaus
| 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 geven aan | Symmetrisch, halter of complexe vormen. | Niet gedefinieerd als vormen. |
| Doel | De locatie van elektronen bepalen. | Voorspelling van chemische bindingen. |
Wat zijn orbitalen?
Orbitalen zijn wiskundige functies die de meest waarschijnlijke locatie en het meest waarschijnlijke gedrag van elektronen in een atoom beschrijven. Een orbitaal is ook bekend als de golffunctie van het elektron. Er zijn vier basistypen orbitalen, waaronder s, p, d en f-orbital. 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 vectorcomponent van het atoom beschrijven. Het impulsmoment is de elektronenspin van het elektron. Deze spin van elektronen in de orbitaal is positief of negatief, wat bekend staat als spintoestanden van elektronen.
Naarmate de orbitalen zich radicaal van de kern verwijderen, nemen hun afmetingen bij elke stap geleidelijk toe, wat resulteert in hogere energieniveaus. Omdat de s-orbitaal de kleinste en dichtstbijzijnde baan bij de kern is, heeft deze de grootste kans om elektronen te dragen. Aan de andere kant is de f-orbitaal groot en ver weg van de kern. Het bevat een zeer hoog energieniveau.
Fysieke kenmerken van de orbitaal, inclusief zijn vorm en grootte, zijn afhankelijk van het kwadraat van de golffunctie. De orbitalen die zich dicht bij de kern bevinden, zijn relatief stabieler. Als resultaat hebben ze gedefinieerde vormen. S-orbitalen zijn bolsymmetrisch van vorm, p-orbitalen en d-orbitalen hebben de vorm van halters, en f-orbitalen hebben complexe diffuse vormen omdat ze een hoog energieniveau hebben.
Wat zijn subniveaus?
Subniveaus worden in de kwantummechanica gedefinieerd als energieniveaus. 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 principiële energiesubniveaus van atomen. Naarmate het subniveau toeneemt, neemt ook de energie van de aanwezige elektronen toe.
Energiesubniveau 1 heeft slechts één s-orbitaal en kan daarom slechts twee elektronen dragen. 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 omvat in totaal negen orbitalen die 18 elektronen kunnen dragen. Evenzo bevat subniveau 4 7 extra f-orbitalen dan subniveau 3. Het kan dus 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 daarom kunnen we de chemische bindingen voorspellen die het atoom met andere elementen kan vormen.
Belangrijkste verschillen tussen orbitalen en subniveaus
Gevolgtrekking
De verdeling van elektronen rond de kern is ongetwijfeld een van de belangrijkste concepten in de kwantummechanica. Het vormt de basis voor diepte in het veld en stelt ons in staat te bestuderen hoe de elektronen stabiel blijven terwijl ze rond de kern van een atoom draaien. Hoewel orbitalen en subniveaus beide belangrijke onderdelen van de atomaire structuur zijn, worden ze vaak met elkaar verward. Dit komt door de nauwe verwevenheid die de twee met elkaar hebben.
De atomaire structuur van elementen wordt bestudeerd op de fundering gebouwd door Bohr's model van een atoom, dat werd voorgesteld door Neil Bohr in 1915. Hoewel er enkele beperkingen waren in het model van Bohr, verklaarde het toch duidelijk de kern van een atoom, energieniveaus en stabiel ronddraaien van elektronen rond de kern. Vier postulaten werden afgeleid van het model van Bohr om de atomaire structuren van alle elementen te bestuderen.
Hoewel subniveaus gedefinieerde grenzen zijn met constante stralen vanaf de kern, dragen ze er direct geen elektronen in. Subniveaus zijn verder onderverdeeld in orbitalen die de elektronen in zich dragen. Omdat elk subniveau een ander aantal orbitalen heeft, varieert de capaciteit, energieniveaus en stabiliteit ook met subniveaus.
