Differenciális elektron kvantumszámok, hogyan kell tudni és példákat

az differenciál elektron vagy differenciátor az utolsó elektron, amely egy atom elektronikus konfigurációjának sorrendjében van elhelyezve. Miért van az ő neve? A kérdés megválaszolásához egy atom alapvető szerkezete szükséges: a mag, a vákuum és az elektronok.

A mag egy sűrű, kompakt, protonnak nevezett részecskék, és semleges részecskék, a neutronok. A protonok definiálják az atomszámot Z, és a neutronokkal együtt alkotják az atomtömeget. Azonban az atom nem képes csak pozitív töltéseket tölteni; ezért az elektronok keringenek a mag körül, hogy semlegesítsék. 

Így minden egyes, a maghoz hozzáadott protonhoz egy új elektron kerül beépítésre orbitáiba, hogy ellensúlyozza a növekvő pozitív töltést. Ily módon az új hozzáadott elektron, a differenciálelektron szorosan kapcsolódik a Z atomszámhoz.

A differenciál elektron a legkülső elektronikus rétegben van: a valencia réteg. Ezért minél távolabb van a magtól, annál nagyobb a hozzá kapcsolódó energia. Ez az energia felelős a részvételükért, valamint a többi valenciaelektronok részéről az elemekre jellemző kémiai reakciókban.

index

• 1 Quantum számok
• 2 Hogyan ismeri a differenciál elektronot??
• 3 Példák több elemben
  • 3.1 Klór
  • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3.3 Magnézium
  • 3.4 ↑ ↓
  • 3.5 Cirkónium
  • 3.6 Ismeretlen elem
  • 3.7 ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
• 4 Referenciák

Kvantumszámok

A többi elektronhoz hasonlóan a differenciál elektron is négy kvantumszámával azonosítható. De mi a kvantumszám? Ezek "n", "l", "m" és "s".

Az "n" kvantumszám az atom méretét és az energiaszinteket (K, L, M, N, O, P, Q) jelenti. Az "L" a másodlagos vagy azimutális kvantumszám, amely az atomi orbiták alakját jelzi, és a "s", "p", "d" és "f" orbitális értékek 0, 1, 2 és 3 értékeit veszi figyelembe. , illetve.

Az "M" a mágneses kvantumszám, és az orbiták térbeli tájolását mágneses mező alatt jelzi. Tehát 0 az "s" orbitához; -1, 0, +1 a "p" pályára; -2, -1, 0, +1, +2 a "d" pályára; és -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, az "f" orbitánál. Végül a spin "s" kvantumszáma (+1/2 a ↑ és -1/2 a ↓ esetében).

Ezért egy differenciált elektronnak van hozzárendelve a korábbi kvantumszámok ("n", "l", "m", "s"). Mivel ez ellensúlyozza a további proton által generált új pozitív töltést, ez is biztosítja az elem Z számú atomszámát.

Hogyan ismerjük a differenciál elektronot??

A felső képen a hidrogéntől a neongázhoz (H → Ne) tartozó elemek elektronikus konfigurációja látható.

Ebben az esetben a nyitott rétegek elektronjai piros színnel jelennek meg, míg a zárt rétegek kék színűek. A rétegek az "n" kvantumszámra vonatkoznak, a négy közül az elsőre.

Ily módon a H (vörös szín)) valens konfigurációja egy másik, ellentétes orientációjú elektronot hoz létre, hogy ő legyen (↓ ↑, mindkettő kék, mert most az 1. szint zárva van). Ez a hozzáadott elektron a differenciál elektron.

Így grafikusan megfigyelhető, hogy a differenciálelektron hozzáadódik az elemek valencia rétegéhez (piros nyilak), megkülönböztetve őket egymástól. Az elektronok kitölti a Hund szabályát tiszteletben tartó orbitákat és Pauling kizárásának elvét (tökéletesen megfigyelték a B-től a Ne-ig).

És mi van a kvantumszámokkal? Ezek határozzák meg az egyes nyílásokat - azaz az egyes elektronokat - és értékeiket az elektronikus konfigurációval meg lehet erősíteni, hogy tudják, hogy ezek a különbség elektronok..

Példák több elemben

klór

A klór (Cl) esetében a Z atom atomszáma 17-nek felel meg²2s²sp⁶3S²3p⁵. A piros színnel jelölt orbiták megfelelnek a 3. szint nyitott nyitási rétegének.

A differenciál elektron az utolsó elektron, amely az elektronikus konfigurációban van elhelyezve, és a klóratom a 3p orbitálé, amelynek elhelyezése a következő:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

A Hund szabályát tiszteletben tartva először töltse ki az egyenlő energia 3p orbitáit (egy nyíl felfelé minden pályán). Másodszor, a másik elektronok párosulnak a magányos elektronokkal a balról jobbra. A differenciális elektron zöld keretben van ábrázolva.

Így a klór differenciál elektronja a következő kvantumszámokkal rendelkezik: (3, 1, 0, -1/2). Azaz "n" 3; "L" 1, orbitális "p"; Az "M" értéke 0, mivel ez a közeg "p" orbitája; és "s" -1/2, mivel a nyíl lefelé mutat.

magnézium

A magnézium atom elektronikus konfigurációja 1 másodperc²2s²sp⁶3S², az orbitát és valenselektronját azonos módon képviseli:

↑ ↓

3S

0

Ezúttal a differenciálelektron a kvantumszámokkal 3, 0, 0, -1/2. Ebben az esetben a klór tekintetében az egyetlen különbség az, hogy az "l" kvantumszám 0, mert az elektron "s" orbitát foglal el (a 3s)..

cirkónium

A cirkónium-atom (átmenetifém) elektronikus konfigurációja 1 másodperc²2s²sp⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². Ugyanúgy, mint az előző esetekben, a valencia orbiták és elektronok ábrázolása a következő:

Így a differenciált elektron zöld színnel jelölt kvantumszáma: 4, 2, -1, +1/2. Itt, mivel az elektron a második "d" orbitát foglalja el, kvantumszáma "m" egyenlő -1. Továbbá, mivel a nyíl felfelé mutat, a "s" centrifugálási száma +1/2.

Ismeretlen elem

Az ismeretlen elemhez tartozó differenciálelektron kvantumszámai 3, 2, +2, -1/2. Mi az elem atomi száma Z? A Z tudása alapján megfejtheti, hogy mi az elem.

Ezúttal, mivel az "n" értéke 3, ez azt jelenti, hogy az elem a periódusos táblázat harmadik periódusában van, a "d" orbitális értékek pedig mint valencia réteg ("l" 2). Ezért az orbiták az előző példában leírtak szerint jelennek meg:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Az "m" kvantumszámok +2, és "s" egyenlő -1/2, a kulcsok a differenciális elektron helyes elhelyezéséhez az utolsó 3d pályán.

Így a keresett elem a 3d orbiták¹⁰ teljes, mint a belső elektronikus rétegei. Következésképpen az elem cink fém (Zn)..

A differenciálelektron kvantumszámai azonban nem különböztethetők meg a cink és a réz között, mivel ez utóbbi is teljes 3d orbitáival rendelkezik. Miért? Mivel a réz olyan fém, amely nem felel meg az elektronok kvantum okokból történő feltöltésére vonatkozó szabályoknak.

referenciák

1. Jim Branson (2013). Hund szabályai Szerkesztve 2018. április 21-én, innen: quantummechanics.ucsd.edu
2. 27. előadás: Hund szabályai. Szerkesztve 2018. április 21-én, a következő címen: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue Egyetem. Quantum számok és elektronkonfigurációk. A következő dátum: 2018. április 21., a következő címről: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Fizika Salvat, S.A. Ediciones Pamplona, ​​12. kötet, Spanyolország, 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fizikai kémia -ban részecskék és hullámok. Negyedik kiadás, Longmans.