Çok elektronlu atomlarda orbitallerin enerji sıralaması genellikle $(n+l)$ kuralına göre belirlenir. Buna göre, aşağıdaki orbital çiftlerinden hangisinin enerjileri karşılaştırıldığında, ilk orbitalin enerjisi ikinci orbitalden daha düşüktür?
A) $4s$ ve $3d$
B) $2p$ ve $3s$
C) $3s$ ve $3p$
D) $3d$ ve $4p$
E) $4s$ ve $4p$
İşte çok elektronlu atomlarda orbitallerin enerji sıralaması sorusunun adım adım çözümü:
* Öncelikle $(n+l)$ kuralının ne olduğunu hatırlayalım: Bu kurala göre, bir orbitalin enerjisi, baş kuantum sayısı ($n$) ile açısal momentum kuantum sayısının ($l$) toplamına bağlıdır. $(n+l)$ değeri küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür. Eğer $(n+l)$ değerleri eşitse, $n$ değeri küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür.
* Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
* A) $4s$ ve $3d$:
* $4s$ için: $n = 4$, $l = 0$ (s orbitali için), $(n+l) = 4 + 0 = 4$
* $3d$ için: $n = 3$, $l = 2$ (d orbitali için), $(n+l) = 3 + 2 = 5$
* $4s$'in $(n+l)$ değeri daha küçük olduğu için enerjisi daha düşüktür. Ancak soruda ilk orbitalin enerjisinin daha düşük olduğu soruluyor. Bu seçenek doğru olabilir gibi duruyor, ama diğer seçenekleri de kontrol edelim.
* B) $2p$ ve $3s$:
* $2p$ için: $n = 2$, $l = 1$ (p orbitali için), $(n+l) = 2 + 1 = 3$
* $3s$ için: $n = 3$, $l = 0$ (s orbitali için), $(n+l) = 3 + 0 = 3$
* $(n+l)$ değerleri eşit. Bu durumda $n$ değeri küçük olanın enerjisi daha düşüktür. Yani $2p$'nin enerjisi $3s$'den daha düşüktür. Ancak soruda ilk orbitalin enerjisinin daha düşük olduğu soruluyor. Bu da doğru olabilir gibi duruyor, ama diğer seçenekleri de kontrol edelim.
* C) $3s$ ve $3p$:
* $3s$ için: $n = 3$, $l = 0$ (s orbitali için), $(n+l) = 3 + 0 = 3$
* $3p$ için: $n = 3$, $l = 1$ (p orbitali için), $(n+l) = 3 + 1 = 4$
* $3s$'in $(n+l)$ değeri daha küçük olduğu için enerjisi daha düşüktür. Bu seçenek sorunun koşulunu sağlıyor.
* D) $3d$ ve $4p$:
* $3d$ için: $n = 3$, $l = 2$ (d orbitali için), $(n+l) = 3 + 2 = 5$
* $4p$ için: $n = 4$, $l = 1$ (p orbitali için), $(n+l) = 4 + 1 = 5$
* $(n+l)$ değerleri eşit. Bu durumda $n$ değeri küçük olanın enerjisi daha düşüktür. Yani $3d$'nin enerjisi $4p$'den daha düşüktür. Ancak soruda ilk orbitalin enerjisinin daha düşük olduğu soruluyor. Bu da doğru olabilir gibi duruyor, ama diğer seçenekleri de kontrol edelim.
* E) $4s$ ve $4p$:
* $4s$ için: $n = 4$, $l = 0$ (s orbitali için), $(n+l) = 4 + 0 = 4$
* $4p$ için: $n = 4$, $l = 1$ (p orbitali için), $(n+l) = 4 + 1 = 5$
* $4s$'in $(n+l)$ değeri daha küçük olduğu için enerjisi daha düşüktür. Ancak soruda ilk orbitalin enerjisinin daha düşük olduğu soruluyor.
* Sonuç olarak, $3s$ orbitalinin enerjisi $3p$ orbitalinden daha düşüktür.
Cevap C seçeneğidir.
