ความแตกต่างระหว่างออร์บิทัลและระดับย่อย (พร้อมตาราง)

กลศาสตร์ควอนตัมเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของฟิสิกส์และเคมี อธิบายคุณสมบัติของอนุภาคอะตอมและอนุภาคย่อย Orbitals และ Sublevels เป็นอิเล็กตรอนสองส่วนที่มีอะตอมซึ่งมักสับสนซึ่งกันและกัน แม้ว่าทั้งสองจะมีความคล้ายคลึงกันเล็กน้อย แต่ก็มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

Orbitals เทียบกับ Sublevels

ความแตกต่างระหว่างออร์บิทัลและระดับย่อยคือออร์บิทัลเป็นช่องว่างภายในอะตอมที่มีความเป็นไปได้สูงที่สุดที่จะบรรทุกอิเล็กตรอน ในขณะที่ระดับย่อยหมายถึงการแบ่งระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนถือครอง ในอะตอม ระดับย่อยจะแบ่งออกเป็นออร์บิทัลต่างๆ

ออร์บิทัลเป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายตำแหน่งและพฤติกรรมที่เป็นไปได้มากที่สุดของอิเล็กตรอนในอะตอม การโคจรของอะตอมแต่ละอันมีลักษณะเป็นตัวเลขควอนตัมสามตัวที่อธิบายพลังงานของอิเล็กตรอน โมเมนตัมเชิงมุม และองค์ประกอบเวกเตอร์ของอะตอม

ระดับย่อยถูกกำหนดให้เป็นระดับพลังงานในกลศาสตร์ควอนตัม ในวิชาเคมี ระดับพลังงานเหล่านี้สัมพันธ์กับอิเล็กตรอนของอะตอม อย่างไรก็ตาม ในทางฟิสิกส์ ระดับพลังงานเหล่านี้สัมพันธ์กับนิวเคลียสด้วย ความจุของการถืออิเล็กตรอนแตกต่างกันไปตามทุกระดับย่อย

ตารางเปรียบเทียบระหว่างออร์บิทัลและระดับย่อย

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	ออร์บิทัล	ระดับย่อย
คำนิยาม	ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายตำแหน่งของอิเล็กตรอน	ระดับพลังงานของอะตอมอิเล็กตรอนและนิวเคลียส
แผนก	เป็นประเภทของระดับย่อย	พวกมันเป็นประเภทของวงโคจร
ความจุอิเล็กตรอน	หนึ่งออร์บิทัลสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สองตัว	แตกต่างกันไปตามความจุของแต่ละระดับย่อย
รูปร่าง	รูปร่างสมมาตร ดัมเบล หรือซับซ้อน	ไม่ได้กำหนดเป็นรูปร่าง
วัตถุประสงค์	การกำหนดตำแหน่งของอิเล็กตรอน	การทำนายพันธะเคมี

Orbitals คืออะไร?

ออร์บิทัลเป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายตำแหน่งและพฤติกรรมที่เป็นไปได้มากที่สุดของอิเล็กตรอนในอะตอม ออร์บิทัลเรียกอีกอย่างว่าฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอน มีสี่ประเภทพื้นฐานของออร์บิทัล ได้แก่ s, p, d และ f-orbital แต่ละออร์บิทัลสามารถเก็บอิเลคตรอนได้ไม่เกิน 2 ตัวเท่านั้น

การโคจรของอะตอมแต่ละอันมีลักษณะเป็นตัวเลขควอนตัมสามตัวที่อธิบายพลังงานของอิเล็กตรอน โมเมนตัมเชิงมุม และองค์ประกอบเวกเตอร์ของอะตอม โมเมนตัมเชิงมุมคือการหมุนของอิเล็กตรอนของอิเล็กตรอน การหมุนของอิเล็กตรอนในวงโคจรนี้เป็นบวกหรือลบซึ่งเรียกว่าสถานะการหมุนของอิเล็กตรอน

เมื่อออร์บิทัลเคลื่อนตัวออกจากนิวเคลียสอย่างรุนแรง ขนาดของออร์บิทัลจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นทุกย่างก้าวส่งผลให้ระดับพลังงานสูงขึ้น เนื่องจาก s-orbital เป็นวงโคจรที่เล็กที่สุดและใกล้เคียงที่สุดกับนิวเคลียส จึงมีความเป็นไปได้สูงที่จะบรรทุกอิเล็กตรอน ในทางกลับกัน f-orbital มีขนาดใหญ่และอยู่ห่างจากนิวเคลียส มันมีระดับพลังงานที่สูงมาก

ลักษณะทางกายภาพของออร์บิทัลรวมถึงรูปร่างและขนาดขึ้นอยู่กับกำลังสองของฟังก์ชันคลื่น ออร์บิทัลที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสค่อนข้างเสถียรกว่า เป็นผลให้พวกเขาได้กำหนดรูปร่าง S-orbitals มีรูปร่างสมมาตรทรงกลม p-orbitals และ d-orbitals มีรูปร่างเหมือนดัมเบลล์ และ f-orbitals มีรูปร่างแบบกระจายที่ซับซ้อนเนื่องจากมีระดับพลังงานสูง

Sublevels คืออะไร?

ระดับย่อยถูกกำหนดให้เป็นระดับพลังงานในกลศาสตร์ควอนตัม ในวิชาเคมี ระดับพลังงานเหล่านี้สัมพันธ์กับอิเล็กตรอนของอะตอม อย่างไรก็ตาม ในทางฟิสิกส์ ระดับพลังงานเหล่านี้สัมพันธ์กับนิวเคลียสด้วย ความจุของการถืออิเล็กตรอนแตกต่างกันไปตามทุกระดับย่อย ระดับย่อยของอะตอมแบ่งออกเป็นออร์บิทัลต่างๆ ที่มีอิเล็กตรอน อะตอมมีระดับย่อยพลังงานหลักสี่หลัก เมื่อระดับย่อยเพิ่มขึ้น พลังงานของอิเล็กตรอนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

พลังงานระดับย่อย 1 มี s-orbital เพียงอันเดียว ดังนั้นจึงสามารถบรรทุกอิเล็กตรอนได้เพียงสองตัวเท่านั้น ในทางกลับกัน ระดับย่อยของพลังงาน 2 มีหนึ่ง s-orbital และสาม p-orbitals เนื่องจากหนึ่งออร์บิทัลสามารถบรรทุกอิเล็กตรอนได้เพียง 2 อิเล็กตรอน พลังงานระดับย่อย 2 จึงมีความจุที่บรรจุอิเล็กตรอนได้ 8 ตัว เมื่อเราย้ายไปที่ระดับย่อย 3 ระดับพลังงานและความจุจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ระดับย่อย 3 มี d-orbitals มากกว่า p-orbitals ห้าตัว ระดับย่อย 3 ประกอบด้วยออร์บิทัลทั้งหมด 9 ออร์บิทัลซึ่งสามารถบรรทุกอิเล็กตรอนได้ 18 อิเล็กตรอน ในทำนองเดียวกัน ระดับย่อย 4 มี f-orbitals เพิ่มเติม 7 ตัวจากระดับ 3 ดังนั้นจึงสามารถบรรทุกอิเล็กตรอนได้ทั้งหมด 32 ตัว

การกระจายตัวของอิเล็กตรอนในอะตอมทั้งหมดนั้นแตกต่างกัน ระดับย่อยเหล่านี้จะกำหนดการกระจายของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส และด้วยเหตุนี้จึงช่วยให้เราสามารถทำนายพันธะเคมีที่อะตอมสามารถก่อตัวขึ้นพร้อมกับองค์ประกอบอื่นๆ

ความแตกต่างหลักระหว่างออร์บิทัลและระดับย่อย

บทสรุป

การกระจายอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสถือเป็นหนึ่งในแนวคิดที่สำคัญที่สุดในกลศาสตร์ควอนตัมอย่างไม่ต้องสงสัย เป็นพื้นฐานสำหรับความลึกในสนามและช่วยให้เราศึกษาว่าอิเล็กตรอนมีความเสถียรขณะหมุนรอบนิวเคลียสของอะตอมอย่างไร แม้ว่าออร์บิทัลและระดับย่อยจะเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างอะตอม แต่ก็มักจะสับสนระหว่างกัน นี่เป็นเพราะความสัมพันธ์ใกล้ชิดที่ทั้งสองมีต่อกัน

โครงสร้างอะตอมของธาตุได้รับการศึกษาบนรากฐานที่สร้างโดยแบบจำลองอะตอมของบอร์ ซึ่งเสนอโดยนีล โบร์ในปี ค.ศ. 1915 แม้ว่าจะมีข้อจำกัดบางประการในแบบจำลองของบอร์ แต่ก็ยังอธิบายนิวเคลียสของอะตอมและระดับพลังงานได้อย่างชัดเจน และการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอย่างเสถียร สมมุติฐานสี่ประการได้มาจากแบบจำลองของบอร์เพื่อศึกษาโครงสร้างอะตอมของธาตุทั้งหมด

ในขณะที่ระดับย่อยถูกกำหนดขอบเขตที่รัศมีคงที่จากนิวเคลียส พวกมันไม่ได้บรรทุกอิเล็กตรอนโดยตรง ระดับย่อยยังแบ่งออกเป็นออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนอยู่ภายใน เนื่องจากแต่ละระดับย่อยมีจำนวนออร์บิทัลต่างกัน ความจุ ระดับพลังงาน ความเสถียรก็แตกต่างกันไปตามระดับย่อย