Bir atomdaki elektronların enerji seviyeleri, bulundukları orbitallerin türüne ve ana enerji düzeyine (kabuğuna) bağlıdır. Orbitallerin enerjilerini karşılaştırırken genellikle iki temel kuralı kullanırız:
- Ana Kuantum Sayısı ($n$): Bu sayı, elektronun bulunduğu ana enerji düzeyini gösterir. $n$ değeri arttıkça orbitalin enerjisi genellikle artar ve çekirdekten uzaklaşır. Örneğin, $1s$ orbitali $2s$ orbitalinden, $2s$ orbitali de $3s$ orbitalinden daha düşük enerjiye sahiptir.
- Açısal Momentum Kuantum Sayısı ($l$): Bu sayı, orbitalin şeklini ve alt enerji düzeyini belirler. $l$ değerleri $s$, $p$, $d$, $f$ gibi orbital türlerini temsil eder. $l=0$ için $s$ orbitali, $l=1$ için $p$ orbitali, $l=2$ için $d$ orbitali ve $l=3$ için $f$ orbitalidir. Aynı ana enerji düzeyinde ($n$ aynı iken) enerji sıralaması genellikle $s < p < d < f$ şeklindedir. Yani $2s$ orbitali $2p$ orbitalinden daha düşük enerjiye sahiptir.
Çok elektronlu atomlarda orbitallerin enerji sıralamasını belirlemek için genellikle $(n+l)$ kuralı kullanılır. Bu kurala göre:
- $(n+l)$ değeri ne kadar küçükse, orbitalin enerjisi o kadar düşüktür.
- Eğer iki orbitalin $(n+l)$ değerleri eşitse, ana kuantum sayısı ($n$) daha küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür.
Şimdi verilen orbitallerin $(n+l)$ değerlerini hesaplayalım:
- A) $1s$: Burada ana kuantum sayısı $n=1$ ve $s$ orbitali için açısal momentum kuantum sayısı $l=0$'dır. Dolayısıyla $n+l = 1+0 = 1$.
- B) $2s$: Burada $n=2$ ve $s$ orbitali için $l=0$'dır. Dolayısıyla $n+l = 2+0 = 2$.
- C) $2p$: Burada $n=2$ ve $p$ orbitali için $l=1$'dir. Dolayısıyla $n+l = 2+1 = 3$.
- D) $3s$: Burada $n=3$ ve $s$ orbitali için $l=0$'dır. Dolayısıyla $n+l = 3+0 = 3$.
- E) $3p$: Burada $n=3$ ve $p$ orbitali için $l=1$'dir. Dolayısıyla $n+l = 3+1 = 4$.
Hesapladığımız $(n+l)$ değerlerini sıralayalım:
- $1s$: $n+l = 1$
- $2s$: $n+l = 2$
- $2p$: $n+l = 3$
- $3s$: $n+l = 3$
- $3p$: $n+l = 4$
Yukarıdaki sıralamaya baktığımızda, en düşük $(n+l)$ değeri $1s$ orbitali için $1$'dir. Bu, $1s$ orbitalinin diğer tüm seçeneklerden daha düşük enerjiye sahip olduğu anlamına gelir.
Not: $2p$ ve $3s$ orbitallerinin $(n+l)$ değerleri eşit ($3$) olmasına rağmen, ikinci kurala göre $n$ değeri daha küçük olan $2p$ orbitalinin enerjisi $3s$ orbitalinden daha düşüktür. Ancak bu durum, en düşük enerjili orbitali belirlememizi etkilememektedir, çünkü $1s$ orbitali açık ara en düşük $(n+l)$ değerine sahiptir.
Cevap A seçeneğidir.
