Atomlardaki elektronlar, belirli enerji seviyelerine sahip orbitallerde bulunurlar. Bu orbitallerin enerji sıralaması, genellikle $(n+l)$ kuralı (Madelung kuralı veya Aufbau prensibi) kullanılarak belirlenir. Bu kurala göre, bir orbitalin enerjisi, baş kuantum sayısı ($n$) ile açısal momentum kuantum sayısı ($l$) toplamına ($n+l$) bağlıdır.
- $(n+l)$ Kuralı:
- Bir orbitalin enerjisi, $n+l$ değerinin artmasıyla artar. Yani, $n+l$ değeri ne kadar küçükse, orbitalin enerjisi o kadar düşüktür.
- Eğer iki veya daha fazla orbitalin $n+l$ değerleri eşitse, bu durumda baş kuantum sayısı ($n$) daha küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür.
- Kuantum Sayıları:
- $n$: Baş kuantum sayısıdır ve orbitalin enerji seviyesini (kabuğunu) gösterir. $1, 2, 3, \dots$ gibi tam sayılar alır.
- $l$: Açısal momentum kuantum sayısıdır ve orbitalin şeklini (alt kabuğunu) gösterir. $0, 1, 2, 3, \dots, (n-1)$ değerlerini alabilir.
- $l=0$ ise $s$ orbitali
- $l=1$ ise $p$ orbitali
- $l=2$ ise $d$ orbitali
- $l=3$ ise $f$ orbitali
Şimdi verilen her bir orbital için $n$ ve $l$ değerlerini belirleyip $(n+l)$ toplamını hesaplayalım:
- A) $3p$ orbitali:
- $n=3$
- $p$ orbitali için $l=1$
- $n+l = 3+1 = 4$
- B) $4s$ orbitali:
- $n=4$
- $s$ orbitali için $l=0$
- $n+l = 4+0 = 4$
- C) $3d$ orbitali:
- $n=3$
- $d$ orbitali için $l=2$
- $n+l = 3+2 = 5$
- D) $4p$ orbitali:
- $n=4$
- $p$ orbitali için $l=1$
- $n+l = 4+1 = 5$
- E) $5s$ orbitali:
- $n=5$
- $s$ orbitali için $l=0$
- $n+l = 5+0 = 5$
Hesapladığımız $(n+l)$ değerlerini karşılaştıralım:
- $3p$: $n+l=4$
- $4s$: $n+l=4$
- $3d$: $n+l=5$
- $4p$: $n+l=5$
- $5s$: $n+l=5$
En düşük $(n+l)$ değeri $4$'tür ve bu değer $3p$ ile $4s$ orbitalleri için ortaktır. Bu durumda, ikinci kuralı uygulamamız gerekir: Baş kuantum sayısı ($n$) daha küçük olan orbitalin enerjisi daha düşüktür.
- $3p$ orbitali için $n=3$
- $4s$ orbitali için $n=4$
$3 < 4$ olduğu için, $3p$ orbitalinin enerjisi $4s$ orbitalinin enerjisinden daha düşüktür.
Bu nedenle, verilen seçenekler arasında enerjisi en düşük olan orbital $3p$ orbitalidir.
Cevap A seçeneğidir.
