Диференциални електронни квантови числа, как да го познаваме и примери

на диференциален електрон или диференциатор е последният електрон, поставен в последователността на електронната конфигурация на атома. Защо се казва името му? За да се отговори на този въпрос, е необходима основната структура на атома: неговото ядро, вакуум и електрони.

Ядрото е плътен, компактен агрегат от положителни частици, наречени протони, и неутрални частици, наречени неутрони. Протоните дефинират атомния номер Z и заедно с неутроните съставляват атомната маса. Въпреки това, един атом не може да носи само положителни заряди; Ето защо електроните обикалят около ядрото, за да я неутрализират. 

По този начин, за всеки протон, който се добавя към ядрото, в неговите орбитали се включва нов електрон, за да противодейства на нарастващия положителен заряд. По този начин новият добавен електрон, диференциалният електрон, е тясно свързан с атомния номер Z.

Диференциалният електрон е в най-външния електронен слой: валентния слой. Затова колкото по-далеч сте от ядрото, толкова по-голяма е енергията, свързана с нея. Тази енергия е отговорна за тяхното участие, както и за останалите валентни електрони, в химичните реакции, характерни за елементите.

индекс

• 1 Квантовите числа
• 2 Как да знаем диференциалния електрон?
• 3 Примери в няколко елемента
  • 3.1 Хлор
  • 3,2 ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3.3 Магнезий
  • 3,4 ↓
  • 3.5 Цирконий
  • 3.6 Неизвестен елемент
  • 3.7 ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓
• 4 Препратки

Квантовите числа

Подобно на останалите електрони, диференциалният електрон може да бъде идентифициран чрез своите четири квантови числа. Но какви са квантовите числа? Те са "n", "l", "m" и "s".

Квантовото число "n" означава размера на атома и енергийните нива (K, L, M, N, O, P, Q). "L" е вторичното или азимутално квантово число, което показва формата на атомните орбитали и приема стойности 0, 1, 2 и 3 за орбиталите "s", "p", "d" и "f" , съответно.

"М" е магнитното квантово число и показва пространствената ориентация на орбиталите под магнитно поле. По този начин, 0 за орбиталата "s"; -1, 0, +1 за орбиталата "р"; -2, -1, 0, +1, +2, за орбиталната "d"; и -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, за орбитата "f". Накрая, квантовото число на спин "s" (+1/2 за ↑ и -1/2 за ↓).

Ето защо диференциалният електрод има съответните предходни квантови числа ("n", "l", "m", "s"). Тъй като той противодейства на новия положителен заряд, генериран от допълнителния протон, той също така осигурява атомния номер Z на елемента.

Как да знаем диференциалния електрон?

В горното изображение са представени електронните конфигурации за елементите от водород до неонов газ (Н → Не).

При това електроните на отворените слоеве са обозначени с червен цвят, а тези на затворените слоеве са обозначени със синия цвят. Слоевете се отнасят до квантовия номер "n", първия от четирите.

По този начин валентната конфигурация на Н (↑ на червен цвят) добавя друг електрон с противоположна ориентация, за да стане тази на He (↓ ↑, и двете сини, защото сега ниво 1 е затворено). Този добавен електрон е след това диференциалният електрон.

Така графично може да се види как диференциалният електрон се добавя към валентния слой (червените стрелки) на елементите, като ги диференцира един от друг. Електроните изпълват орбиталите, спазвайки правилото на Хун и принципа на изключване на Паулинг (перфектно наблюдаван от В до Не)..

А какво да кажем за квантовите числа? Те дефинират всяка стрелка - тоест, всеки електрон - и техните стойности могат да бъдат потвърдени с електронната конфигурация, за да се знае дали те са диференциалният електрон.

Примери в няколко елемента

хлор

За случая на хлор (Cl) атомният му номер Z е равен на 17. Електронната конфигурация е след това 1s²2s²SP⁶3S²3p⁵. Орбиталите, маркирани в червено, съответстват на тези на валентния слой, който представя ниво 3 отворен.

Диференциалният електрон е последният електрон, поставен в електронната конфигурация, а хлорният атом е този на 3p орбиталата, чието разположение е следното:

↓  ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Спазвайки правилото на Хун, първо попълнете 3р орбитали с еднаква енергия (една стрелка нагоре във всяка орбита). Второ, другите електрони се сдвояват с отделните електрони отляво надясно. Диференциалният електрон е представен в зелена рамка.

Следователно, диференциалният електрон за хлор има следните квантови числа: (3, 1, 0, -1/2). Това означава, че "n" е 3; "L" е 1, орбитална "р"; "М" е 0, защото е "р" орбитала на средата; и "s" е -1/2, тъй като стрелката сочи надолу.

магнезиев

Електронната конфигурация на магнезиевия атом е 1s²2s²SP⁶3S², представяйки орбитата и нейния валентен електрон по същия начин:

↓

3S

0

Този път диференциалният електрон има квантовите числа 3, 0, 0, -1/2. Единствената разлика в този случай по отношение на хлора е, че квантовото число "l" е 0, защото електронът заема орбита "s" (3s).

цирконий

Електронната конфигурация на циркониевия атом (преходен метал) е 1s²2s²SP⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4P⁶5S²4d². По същия начин, както в предишните случаи, представянето на валентните орбитали и електрони е както следва:

Следователно, квантовите числа за диференциалния електрон, отбелязани в зелено, са: 4, 2, -1, +1/2. Тук, тъй като електронът заема втора орбитала "d", той има квантово число "m", равно на -1. Също така, тъй като стрелката сочи нагоре, нейното число на завъртане "s" е равно на +1/2.

Неизвестен елемент

Квантовите числа на диференциалния електрон за неизвестен елемент са 3, 2, +2, -1/2. Какъв е атомният номер Z на елемента? Знаейки Z можете да разчетете елемента.

Това време, тъй като "n" е равно на 3, това означава, че елементът е в третия период на периодичната таблица, с "d" орбитали като валентен слой ("l", равен на 2). Следователно, орбиталите са представени както в предишния пример:

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Квантовите числа "m", равни на +2, и "s", равни на -1/2, са ключовете за правилното локализиране на диференциалния електрон в последната 3d орбитала.

По този начин търсеният елемент има 3d орбитали¹⁰ пълни, точно както вътрешните му електронни слоеве. В заключение, елементът е метален цинк (Zn).

Въпреки това, квантовите числа на диференциалния електрон не могат да различат между цинк и мед, тъй като последният също има пълни 3d орбитали. Защо? Защото медът е метал, който не отговаря на правилата за запълване на електрони за квантовите причини.

препратки

1. Джим Брансън (2013 г.). Правилата на Хунд Възстановен на 21 април 2018 г. от: quantummechanics.ucsd.edu
2. Лекция 27: Правилата на Хунд. Възстановен на 21 април 2018 г. от: ph.qmul.ac.uk
3. Университет Пърдю. Квантови числа и електронни конфигурации. Възстановен на 21 април 2018 г. от: chemed.chem.purdue.edu
4. Салват Енциклопедия на науките. (1968). Физика Salvat, S.A. на Ediciones Pamplona, ​​том 12, Испания, стр. 314-322.
5. Уолтър Дж. Мур. (1963). Физическа химия в частици и вълни. Четвърто издание, Лонгманс.