Aşağıdaki orbitallerin enerji sıralaması hangi seçenekte doğru verilmiştir? (Artan enerjiye göre)
A) $1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d$
B) $1s < 2s < 2p < 3s < 3d < 3p < 4s$
C) $1s < 2s < 3s < 2p < 3p < 4s < 3d$
D) $1s < 2s < 2p < 3p < 3s < 4s < 3d$
E) $1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 3d < 4s$
Atomlardaki elektronların orbitallere yerleşme düzeni ve bu orbitallerin enerji sıralaması, kimyanın temel prensiplerinden biridir. Bu sıralama, genellikle Aufbau Prensibi ve $(n+l)$ Kuralı kullanılarak belirlenir. Şimdi bu kuralı adım adım inceleyelim ve sorumuzu çözelim.
- $(n+l)$ Kuralı Nedir?
- Bir orbitalin enerjisi, temel kuantum sayısı ($n$) ve açısal momentum kuantum sayısı ($l$) değerlerinin toplamı olan $(n+l)$ değeri ile belirlenir.
- $(n+l)$ değeri arttıkça orbitalin enerjisi de artar.
- Eğer iki orbitalin $(n+l)$ değeri eşitse, bu durumda temel kuantum sayısı ($n$) daha küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür.
- Kuantum Sayılarını Hatırlayalım:
- $n$ (Temel Kuantum Sayısı): Orbitalin ana enerji seviyesini (kabuğunu) gösterir. $1, 2, 3, ...$ gibi tam sayılar alır.
- $l$ (Açısal Momentum Kuantum Sayısı): Orbitalin şeklini (alt kabuğunu) gösterir. $l$ değeri $0, 1, 2, 3, ...$ gibi tam sayılar alır ve her bir değer belirli bir orbital türüne karşılık gelir:
- $l=0$ değeri $s$ orbitalini temsil eder.
- $l=1$ değeri $p$ orbitalini temsil eder.
- $l=2$ değeri $d$ orbitalini temsil eder.
- $l=3$ değeri $f$ orbitalini temsil eder.
Şimdi, soruda verilen orbitallerin $n$, $l$ ve $(n+l)$ değerlerini hesaplayalım:
- $1s$ orbitali: $n=1$, $l=0$. Bu durumda $(n+l) = 1+0 = 1$.
- $2s$ orbitali: $n=2$, $l=0$. Bu durumda $(n+l) = 2+0 = 2$.
- $2p$ orbitali: $n=2$, $l=1$. Bu durumda $(n+l) = 2+1 = 3$.
- $3s$ orbitali: $n=3$, $l=0$. Bu durumda $(n+l) = 3+0 = 3$.
- $3p$ orbitali: $n=3$, $l=1$. Bu durumda $(n+l) = 3+1 = 4$.
- $4s$ orbitali: $n=4$, $l=0$. Bu durumda $(n+l) = 4+0 = 4$.
- $3d$ orbitali: $n=3$, $l=2$. Bu durumda $(n+l) = 3+2 = 5$.
Hesapladığımız $(n+l)$ değerlerine ve $(n+l)$ kuralına göre orbitalleri artan enerjiye göre sıralayalım:
- $(n+l)=1$: En düşük $(n+l)$ değerine sahip olduğu için $1s$ orbitali en düşük enerjiye sahiptir.
- $(n+l)=2$: $2s$ orbitali.
- $(n+l)=3$: Bu değer için iki orbitalimiz var: $2p$ ve $3s$. İkisinin de $(n+l)$ değeri $3$. Kurala göre, bu durumda $n$ değeri küçük olanın enerjisi daha düşüktür. $2p$ için $n=2$, $3s$ için $n=3$. Bu yüzden $2p$ orbitalinin enerjisi $3s$ orbitalinden daha düşüktür ($2p < 3s$).
- $(n+l)=4$: Bu değer için de iki orbitalimiz var: $3p$ ve $4s$. İkisinin de $(n+l)$ değeri $4$. Kurala göre, $n$ değeri küçük olanın enerjisi daha düşüktür. $3p$ için $n=3$, $4s$ için $n=4$. Bu yüzden $3p$ orbitalinin enerjisi $4s$ orbitalinden daha düşüktür ($3p < 4s$).
- $(n+l)=5$: En yüksek $(n+l)$ değerine sahip olduğu için $3d$ orbitali bu listedeki en yüksek enerjiye sahiptir.
Bu sıralamayı birleştirdiğimizde, doğru enerji sıralaması şu şekilde olur:
$1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d$
Bu sıralama, seçeneklerdeki A şıkkı ile tamamen aynıdır.
Cevap A seçeneğidir.
