DIFERENCIALNI ELEKTRONI: KVANTNA ŠTEVILA IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Razlika ali diferenciacijo elektronov je zadnja elektronov objavljen v zaporedju konfiguracije elektronov atoma. Kako se imenuje? Za odgovor na to vprašanje je potrebna osnovna zgradba atoma: njegovo jedro, vakuum in elektroni.

Jedro je gost in kompakten agregat pozitivnih delcev, imenovanih protoni, in nevtralnih delcev imenovanih nevtroni. Protoni definirajo atomsko število Z in skupaj z nevtroni sestavljajo atomsko maso. Vendar atom ne more nositi samo pozitivnih nabojev; zato elektroni krožijo okoli jedra, da ga nevtralizirajo.

Tako se vsakemu protonu, ki se pridruži jedru, pridruži nov elektron v svojih orbitalah, da upre proti naraščajočemu pozitivnemu naboju. Na ta način je novo dodani elektron, diferencialni elektron, tesno povezan z atomsko številko Z.

Diferencialni elektron je v najbolj zunanji elektronski lupini: valenčni lupini. Zato, kolikor dlje ste od jedra, večja je energija, povezana z njim. Prav ta energija je odgovorna za njihovo sodelovanje, kot tudi preostali valenčni elektroni v značilnih kemijskih reakcijah elementov.

Kvantna števila

Tako kot preostali elektroni lahko tudi diferencialni elektron prepoznamo po njegovih štirih kvantnih številih. Toda kaj so kvantna števila? So "n", "l", "m" in "s".

Kvantno število "n" označuje velikost atoma in ravni energije (K, L, M, N, O, P, Q). «L» je sekundarno ali azimuthalno kvantno število, ki označuje obliko atomske orbitale in za vrednosti orbital «s», «p», «d» in «f» sprejme vrednosti 0, 1, 2 in 3 oz.

"M" je magnetno kvantno število in označuje prostorsko orientacijo orbitov pod magnetnim poljem. Tako je 0 za orbitalni «s»; -1, 0, +1, za orbital "p"; -2, -1, 0, +1, +2, za orbital "d"; in -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, za orbital "f". Končno je spin kvantno število «s» (+1/2 za ↑ in -1/2 za ↓).

Zato je diferencialni elektron povezal prejšnja kvantna števila ("n", "l", "m", "s"). Ker nasprotuje novemu pozitivnemu naboju, ki ga ustvarja dodatni proton, zagotavlja tudi atomsko številko elementa Z.

Kako vedeti diferencialni elektron?

Slika zgoraj predstavlja elektronske konfiguracije za elemente od vodika do neonskega plina (H → Ne).

Pri tem so elektroni odprtih lupin označeni z rdečo barvo, medtem ko so elektroni odprtih lupin označeni z modro barvo. Plasti se nanašajo na kvantno število "n", prvo od štirih.

Tako valenčna konfiguracija H (↑ rdeče barve) doda še en elektron z nasprotno usmeritvijo, da postane He-jev (↓ ↑, oba modra, ker je zdaj stopnja 1 zaprta). Ta dodani elektron je nato diferencialni elektron.

Tako je mogoče grafično videti, kako diferencialni elektron doda valentni lupini (rdeče puščice) elementov in jih loči drug od drugega. Elektroni zapolnjujejo orbite ob spoštovanju Hundovega pravila in Paulingovega načela izključitve (odlično ga opazujemo od B do Ne).

Kaj pa kvantna števila? Te definirajo vsako puščico - torej vsak elektron - in njihove vrednosti je mogoče podkrepiti s konfiguracijo elektronov, da se ve, ali so razlike diferenčnega elektrona ali ne.

Primeri v več elementih

Klor

V primeru klora (Cl) je njegova atomska številka Z enaka 17. Konfiguracija elektronov je potem 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbitala, označena z rdečo barvo, ustreza tistim iz valenčne lupine, ki ima odprto stopnjo 3.

Diferencialni elektron je zadnji elektron, ki je vgrajen v konfiguracijo elektronov, atom klora pa je orbital 3p, katerega razporeditev je naslednja:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Ob spoštovanju Hundovega pravila se najprej zapolni 3p orbitale enake energije (puščica navzgor v vsaki orbitali). Drugič, drugi elektroni se parijo z osamljenimi elektroni od leve proti desni. Diferencialni elektron je predstavljen v zelenem okviru.

Tako ima diferenčni elektron za klor naslednja kvantna števila: (3, 1, 0, -1/2). To pomeni, da je "n" 3; "L" je 1, orbitalna "p"; "M" je 0, ker je srednja "p" orbitala; in "s" je -1/2, saj puščica kaže navzdol.

Magnezij

Konfiguracija elektronov za atom magnezija je 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , ki predstavlja orbitalno in njen valenčni elektron na enak način:

↑ ↓

3s

0

Tokrat ima diferencialni elektron kvantna števila 3, 0, 0, -1/2. Edina razlika v primeru klora je v tem, da je kvantno število «l» 0, ker elektroni zasedajo orbitalno «s» (3s).

Cirkonij

Konfiguracija elektronov za atom cirkonija (prehodne kovine) je 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . Podobno kot v prejšnjih primerih je prikaz orbitale in valenčnih elektronov naslednji:

Tako so kvantna števila diferencialnega elektrona, označena z zeleno, 4: 2, -1, +1/2. Ker ima elektron drugo "d" orbitolo, ima kvantno število "m" enako -1. Tudi zato, ker puščica kaže navzgor, je njegova vrtilna številka "s" enaka +1/2.

Neznan element

Različna kvantna števila elektronov za neznani element so 3, 2, +2, -1/2. Kakšno je atomsko število Z elementa? Če poznate Z, lahko ugotovite, kaj je element.

Tokrat, ker je "n" enako 3, pomeni, da je element v tretjem obdobju periodične tabele, z "d" orbitalami kot valenčno lupino ("l" enako 2). Zato so orbite predstavljene kot v prejšnjem primeru:

↑ ↓

Kvantna števila "m", ki so enaka +2, in "s", enaka -1/2, so ključna za pravilno lociranje diferencialnega elektrona v zadnji 3d orbiti.

Tako ima element, ki ga iščejo, polnih 3d ¹⁰ orbitale , pa tudi notranje elektronske lupine. Za zaključek je element kovinski cink (Zn).

Vendar pa kvantna števila diferencialnega elektrona ne morejo razlikovati med cinkom in bakrom, ker ima slednji element tudi polne 3d orbitale. Zakaj? Ker je baker kovina, ki iz kvantnih razlogov ne izpolnjuje pravil za polnjenje elektronov.

Reference

1. Jim Branson. (2013). Hundova pravila. Pridobljeno 21. aprila 2018, iz: quantummechanics.ucsd.edu
2. 27. predavanje: Hundova pravila. Pridobljeno 21. aprila 2018, s: ph.qmul.ac.uk
3. Univerza Purdue. Kvantne številke in elektronske konfiguracije. Pridobljeno 21. aprila 2018, iz: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvatska enciklopedija znanosti. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​letnik 12, Španija, strani 314–322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fizikalna kemija. V delcih in valovih. Četrta izdaja, Longmans.