ஓபிற்றல்களின் வடிவங்கள் (s, p, d)

ஓபிற்றல் (Orbital) என்றால் என்ன — மீண்டும் (Recap)

ஓர் ஓபிற்றல் (orbital) என்பது இலத்திரன் (electron) காணப்படும் 90% நிகழ்தகவுப் பகுதி (90% probability region). அதன் வடிவம் (shape) இலத்திரனின் சக்தி மட்டத்தைப் பொறுத்தது (depends on energy level) — கூர்மையாக சொன்னால், கோணச் சொட்டெண் (angular quantum number) ℓ-ஐப் பொறுத்தது.

ஓபிற்றல்கள் என்பவை இலத்திரன் காணப்படும் நிகழ்தகவுப் பகுதிகள். s ஓபிற்றல் கோளம், p ஓபிற்றல் டம்பெல், d ஓபிற்றல் நான்கு மடல் வடிவம். ஒரு s-இல் 1 ஓபிற்றல், p-இல் 3, d-இல் 5, f-இல் 7.

s ஓபிற்றல் (s orbital)

வடிவம் (shape): கோளம் (sphere) — கருவை மையமாகக் கொண்ட (centred on the nucleus).
ஒவ்வொரு உப-சக்தி மட்டத்திலும் (per sublevel) 1 s ஓபிற்றல் மட்டுமே.
அதிகபட்சம் (max) 2 இலத்திரன்கள் (electrons).
n அதிகரிக்கும் போது (as n increases) கோளம் பெரியதாகும் (sphere gets larger). அதிக சக்தி (higher energy).

p ஓபிற்றல் (p orbital)

வடிவம்: டம்பெல் (dumbbell) — இரண்டு மடல்கள் (two lobes), கருவில் ஒரு கணு (node — region of zero probability).
n ≥ 2 முதலே (1p இல்லை / no 1p).
ஒவ்வொரு உப-சக்தி மட்டத்திலும் 3 p ஓபிற்றல்கள்: p_x, p_y, p_z (மூன்று கணவாய்களில் / three perpendicular orientations).
அதிகபட்சம் 6 இலத்திரன்கள் (3 × 2).

d ஓபிற்றல் (d orbital)

வடிவம்: நான்கு மடல்கள் (four-lobed); d_(z²) மட்டும் வேறு வடிவம் (different shape — donut + dumbbell).
n ≥ 3 முதலே (1d, 2d இல்லை).
ஒவ்வொரு உப-சக்தி மட்டத்திலும் 5 d ஓபிற்றல்கள்.
அதிகபட்சம் 10 இலத்திரன்கள் (5 × 2).

f ஓபிற்றல் (f orbital)

வடிவம் (shape): சிக்கலான (complex). AL-இல் வரையப்பட இல்லை (not required to draw).
n ≥ 4 முதலே.
7 ஓபிற்றல்கள், அதிகபட்சம் 14 இலத்திரன்கள்.

சுருக்கம் (Summary)

உப-சக்தி (sublevel)	ℓ (value)	ஓபிற்றல்கள் (orbitals)	அதிகபட்ச இலத்திரன் (max e⁻)	வடிவம் (shape)
s	0	1	2	கோளம் (sphere)
p	1	3	6	டம்பெல் (dumbbell)
d	2	5	10	நான்கு மடல் (four-lobed)
f	3	7	14	சிக்கலான (complex)

நினைவாற்றல் (Memory) — 2, 6, 10, 14

s, p, d, f-இல் கொள்ளும் அதிகபட்ச இலத்திரன்கள் (max electrons): 2, 6, 10, 14. இவை 4-க்கு வித்தியாசம் (each +4) (2 → 6 → 10 → 14).

🎯 MCQ பயிற்சி — 10 கேள்விகள் (questions)

விடையைத் தேர்ந்தெடுங்கள் — பிறகு ஒவ்வொரு (5) விருப்பத்திற்கும் ஏன் சரி / தவறு + ஆழமான விளக்கம் (deep explanation) காண்பிக்கப்படும்.

Q1 / 10 ★★★★☆

3d உப-சக்தி மட்டத்தில் (sublevel) அதிகபட்சம் எத்தனை இலத்திரன்கள் கொள்ள முடியும்?

(1) 2

s-இல் 2 — d அல்ல.

(2) 6

p-இல் 6 — d அல்ல.

(3) 8

8 எந்த உப-சக்தியிலும் வராது.

(4) 10

சரி. d-இல் 5 orbitals × 2 e⁻ = 10.

(5) 14

f-இல் 14 — d அல்ல.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): 2, 6, 10, 14 = s, p, d, f-இன் அதிகபட்ச e⁻ (max e⁻).

Q2 / 10 ★★★★★

பின்வருவனவற்றில் எது n, ℓ, m_ℓ, m_s சொட்டெண்களின் செல்லத்தக்க (valid) தொகுப்பு?

(1) (2, 2, 0, +½)

ℓ ≤ n−1. n=2 → ℓ ≤ 1. ℓ=2 சாத்தியமில்லை.

(2) (3, 1, −2, +½)

m_ℓ ∈ [−ℓ, +ℓ]. ℓ=1 → m_ℓ ∈ {−1,0,+1}. −2 சாத்தியமில்லை.

(3) (3, 2, +2, −½)

சரி. n=3 → ℓ ≤ 2 ✓. ℓ=2 → m_ℓ ∈ [−2,+2] ✓. m_s = ±½ ✓.

(4) (0, 0, 0, +½)

n ≥ 1. n=0 இல்லை.

(5) (2, 1, 0, +1)

m_s = ±½ மட்டுமே. +1 இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): 4 விதிகள் (4 rules): n ≥ 1 integer · ℓ ∈ [0, n−1] · m_ℓ ∈ [−ℓ, +ℓ] · m_s = ±½. ஒவ்வொன்றையும் சோதிக்கவும்.

Q3 / 10 ★★★★☆

4p உப-சக்தி மட்டத்தில் எத்தனை ஓபிற்றல்கள் (orbitals) உள்ளன?

(1) 1

s-இல் 1.

(2) 3

சரி. p (ℓ=1) → m_ℓ = −1, 0, +1 → 3 orbitals.

(3) 5

d (ℓ=2) → 5.

(4) 7

f (ℓ=3) → 7.

(5) 9

g (ℓ=4) → 9 (AL-இல் இல்லை).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): ஓபிற்றல் எண்ணிக்கை = 2ℓ + 1. s=1, p=3, d=5, f=7.

Q4 / 10 ★★★☆☆

பின்வருவனவற்றில் இல்லாத ஓபிற்றல் (does not exist) எது?

(1) 1s

1s — உள்ளது.

(2) 2p

2p — உள்ளது.

(3) 3d

3d — உள்ளது.

(4) 2d

சரி. 2d இல்லை. d என்பது n ≥ 3 முதலே.

(5) 4f

4f — உள்ளது (n=4-இல் முதலே f தோன்றும்).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): தொடக்கம் (start): s @ n=1, p @ n=2, d @ n=3, f @ n=4. n ≥ ℓ+1 அவசியம் (required).

Q5 / 10 ★★★★☆

2p_z ஓபிற்றலின் கணு (node) பின்வருவனவற்றில் எங்கே உள்ளது?

(1) z-அச்சில் (z-axis)

p_z-இன் மடல்கள் (lobes) z-அச்சில் — அங்கு கணு இல்லை.

(2) xy-தளத்தில் (xy-plane)

சரி. p_z-இன் இரண்டு மடல்கள் xy-தளத்திற்கு (xy-plane) இரு பக்கம், அதுவே node.

(3) xz-தளத்தில்

p_z xz-தளத்துடன் சம்பந்தம் இல்லை.

(4) yz-தளத்தில்

p_z yz-தளத்துடன் சம்பந்தம் இல்லை.

(5) கருவில் (at nucleus) மட்டுமே

கருவில் கணு + xy-தளத்திலும்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): p ஓபிற்றலில் 1 nodal plane: அதன் அச்சுக்கு (axis) செங்கோணமாக (perpendicular).

Q6 / 10 ★★★☆☆

பின்வருவனவற்றில் எது 5f உப-சக்தியின் சரியான விளக்கம் (correct description)?

(1) 1 orbital, 2 e⁻ max

(2) 3 orbitals, 6 e⁻ max

(3) 5 orbitals, 10 e⁻ max

(4) 7 orbitals, 14 e⁻ max

சரி. f → 7 orbitals × 2 = 14 e⁻.

(5) 9 orbitals, 18 e⁻ max

g (AL-இல் இல்லை).

ஆழமான விளக்கம் (Deep): 5f என்றால் n=5, ℓ=3 (f). 2ℓ+1 = 7 orbitals.

Q7 / 10 ★★★☆☆

ஒரு s-orbital-இன் வடிவம் (shape) என்ன?

(1) டம்பெல் (dumbbell)

p-வடிவம்.

(2) கோளம் (spherical)

சரி. கருவை மையமாகக் கொண்ட கோளம் (sphere centred on nucleus).

(3) நான்கு மடல் (four-lobed)

d-வடிவம் (பெரும்பான்மை).

(4) டோனட் (toroidal)

d_z² இன் வளையம் (toroidal ring) பகுதி.

(5) நீள்வட்டம் (ellipsoidal)

எந்த ஓபிற்றலும் இவ்வாறு இல்லை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): s = கோளம் (sphere). n அதிகரிக்க கோளம் பெரியதாகும், ஆனால் வடிவம் கோளமாகவே இருக்கும்.

Q8 / 10 ★★★☆☆

n = 3 சக்தி மட்டத்தில் (energy level) மொத்தம் எத்தனை ஓபிற்றல்கள் (total orbitals) உள்ளன?

(1) 3

s + p (without d) — 3d-ஐ இழந்தது.

(2) 6

d-ஐ கணக்கில் கொள்ளவில்லை.

(3) 9

சரி. 3s (1) + 3p (3) + 3d (5) = 9 orbitals.

(4) 13

9 e⁻ அல்ல; orbital எண்ணிக்கை 9.

(5) 18

n²-இன் 2 மடங்கு — e⁻ எண்ணிக்கைதான்.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): சூத்திரம் (formula): n சக்தி மட்டத்தில் orbitals = n². அதிகபட்ச e⁻ = 2n².

Q9 / 10 ★★★★☆

P அணுவின் (Z=15) 3p உப-சக்தியில் எத்தனை தனித்த e⁻ (unpaired) உள்ளன?

(1) 0

சாத்தியமற்றது — 3p³ அமைப்பு unpaired e⁻ கொண்டது.

(2) 1

S-இன் (Z=16) நிலை — P அல்ல.

(3) 2

Si-இன் (Z=14) நிலை — P அல்ல.

(4) 3

சரி. P = [Ne] 3s² 3p³. ஹுண்டின் விதிப்படி (by Hund) 3 unpaired e⁻ (அரை-நிரம்பு / half-filled).

(5) 5

5 மொத்த valence e⁻ — unpaired அல்ல.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): P 3p³ → 3 unpaired, கூடுதல் நிலைத்தன்மை (extra stability — half-filled).

Q10 / 10 ★★★☆☆

பின்வருவனவற்றில் எது ஓபிற்றலின் சக்தி (orbital energy) சரியான வரிசை?

(1) 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 3d < 4s

3d 4s-க்கு முன் — தவறு.

(2) 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d

சரி. நிரப்பு வரிசை (filling order) — Madelung விதி.

(3) 1s < 2s < 2p < 3s < 4s < 3p < 3d

3p 4s-க்கு பின் — தவறு.

(4) 1s < 2p < 2s < 3p < 3s < 4s < 3d

2p 2s-க்கு முன் — தவறு (2s சக்தி குறைவு).

(5) 3d < 4s < 3p < 3s < 2p < 2s < 1s

தலைகீழ் வரிசை.

ஆழமான விளக்கம் (Deep): n+ℓ விதி (Madelung rule): குறைந்த n+ℓ முதலில். சம n+ℓ-இல் சிறிய n.

📜 கடந்த 5 ஆண்டுகள் தேர்வுக் கேள்விகள் (last 5 years)

PaperZone.lk + Past Papers Wiki இலிருந்து (from). உறுதிப்படுத்தப்பட்ட = கொடுக்கப்பட்ட Paper PDF-இலிருந்து நேரடியாக. பாங்கு (pattern) = அதே வடிவத்தில் கட்டமைக்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு.

2022 · P1 · (typical) பாங்கு (pattern)

பின்வரும் (n, ℓ, m_ℓ) தொகுப்புகளில் (sets) ஒரு உண்மையான ஓபிற்றலை (real orbital) குறிக்காதது எது?

(2, 0, 0)
(3, 1, +1)
(2, 1, −1)
(3, 3, 0)
(4, 2, −2)

விடை: (4) (3, 3, 0). ℓ ≤ n−1. n=3 → ℓ ≤ 2. ℓ=3 இங்கு சாத்தியமற்றது (f orbital n=4 முதலே).

📊 தேர்வுச் சுருக்கம் Paper I ~0–1 MCQ 📅 ~60% / years 🎚 easy

சமீபத்திய வருடங்கள்: 2024, 2022, 2019, 2018, 2017, 2016

🎯 அதிக மதிப்பெண் தரும் புள்ளிகள்

அதிகபட்ச இலத்திரன் (max e⁻): s=2, p=6, d=10, f=14
ஓபிற்றல் எண்ணிக்கை (orbital count): s=1, p=3, d=5, f=7
வடிவம் (shape): s=கோளம் (sphere), p=டம்பெல் (dumbbell), d=நான்கு மடல் (four-lobed)
n ≥ 2 முதலே p, n ≥ 3 முதலே d, n ≥ 4 முதலே f
ℓ மதிப்பு (value): s=0, p=1, d=2, f=3

⚠ பொதுவான வலைகள் (common traps)

"1p ஓபிற்றல்" — இல்லை (n=1-இல் s மட்டுமே)
"2d ஓபிற்றல்" — இல்லை (d என்பது n ≥ 3 முதலே)
d-இல் 6 இலத்திரன்கள் என்பது தவறு (10 சரி)

💡 ஒரே வரியில்: 2, 6, 10, 14 — மறக்காதீர்கள். இதிலிருந்து மற்ற அனைத்தும் வருகின்றன.

🔗 தொடர்புடைய கருத்துகள் — Connected Concepts

Unit 2 · விரைவில் கலப்பாக்கம் — Hybridisation (sp, sp², sp³) ஓபிற்றல்களின் கலவை Unit 2 · விரைவில் VSEPR — மூலக்கூறு வடிவம் (molecular shape) ஓபிற்றலிலிருந்து Unit 7 · விரைவில் காபனின் sp³, sp², sp கலப்பாக்கம் — methane, ethene, ethyne அயன் SO₃²⁻ — sp³ கலப்பாக்கம் (lone pair-உடன்) → பிரமிட்