Kvantni brojevi diferencijalnih elektrona, kako to znati i primjeri



diferencijalni elektron ili diferencijator je posljednji elektron smješten u sekvenci elektronske konfiguracije atoma. Zašto se zove? Za odgovor na ovo pitanje potrebna je osnovna struktura atoma: njezina jezgra, vakuum i elektroni.

Jezgra je gust, kompaktan agregat pozitivnih čestica zvanih protoni i neutralnih čestica nazvanih neutroni. Protoni definiraju atomski broj Z i zajedno s neutronima čine atomsku masu. Međutim, atom ne može nositi samo pozitivne naboje; zato elektroni kruže oko jezgre kako bi ga neutralizirali. 

Dakle, za svaki proton koji se dodaje u jezgru, novi elektron se ugrađuje u njegove orbitale kako bi se suprotstavio povećanju pozitivnog naboja. Na taj način, novi dodani elektron, diferencijalni elektron, usko je povezan s atomskim brojem Z.

Diferencijalni elektron je u najizraženijem elektroničkom sloju: valentnom sloju. Dakle, što ste dalje od jezgre, veća je energija povezana s njom. Ta je energija odgovorna za njihovo sudjelovanje, kao i za ostale valentne elektrone, u kemijskim reakcijama svojstvenim elementima.

indeks

  • 1 Kvantni brojevi
  • 2 Kako znati diferencijalni elektron?
  • 3 Primjeri u nekoliko elemenata
    • 3.1 Klor
    • 3,2 ↓ ↑ ↓ ↑ _
    • 3.3 Magnezij
    • 3,4 ↓
    • 3.5 Cirkonij
    • 3.6 Nepoznati element
    • 3,7 ↓ ↑ ↑ ↑
  • 4 Reference

Kvantni brojevi

Kao i ostali elektroni, diferencijalni elektron se može identificirati po četiri kvantna broja. Ali što su kvantni brojevi? To su "n", "l", "m" i "s".

Kvantni broj "n" označava veličinu atoma i razine energije (K, L, M, N, O, P, Q). "L" je sekundarni ili azimutni kvantni broj, koji označava oblik atomskih orbitala, i uzima vrijednosti 0, 1, 2 i 3 za orbitale "s", "p", "d" i "f" , respektivno.

"M" je magnetski kvantni broj i ukazuje na prostornu orijentaciju orbitala pod magnetskim poljem. Dakle, 0 za "s" orbitalu; -1, 0, +1 za orbitalu "p"; -2, -1, 0, +1, +2 za orbitalnu "d"; i -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 za orbitalu "f". Konačno, kvantni broj spinova "s" (+1/2 za ↑ i -1/2 za ↓).

Stoga diferencijalni elektron ima pripadajuće prethodne kvantne brojeve ("n", "l", "m", "s"). Budući da se suprotstavlja novom pozitivnom naboju generiranom dodatnim protonom, on također osigurava atomski broj Z elementa.

Kako znati diferencijalni elektron?

U gornjoj slici prikazane su elektronske konfiguracije elemenata od vodika do neonskog plina (H → Ne).

Pri tome su elektroni otvorenih slojeva označeni crvenom bojom, dok su oni zatvorenih slojeva označeni plavom bojom. Slojevi se odnose na kvantni broj "n", prvi od četiri.

Na taj način valentna konfiguracija H (color crvene boje) dodaje još jedan elektron s suprotnom orijentacijom da postane onaj He (↓ ↑, oba plava jer je sada razina 1 zatvorena). Taj dodani elektron je tada diferencijalni elektron.

Dakle, grafički se može uočiti kako se diferencijalni elektron dodaje valentnom sloju (crvenim strelicama) elemenata, diferencirajući ih jedan od drugoga. Elektroni ispunjavaju orbitale poštujući pravilo Hunda i načelo isključenja Paulinga (savršeno promatrano od B do Ne).

A što je s kvantnim brojevima? Oni definiraju svaku strelicu - to jest, svaki elektron - i njihove vrijednosti mogu biti potkrijepljene elektroničkom konfiguracijom da bi se znalo jesu li oni diferencijalni elektron.

Primjeri u nekoliko elemenata

klor

Za slučaj klora (Cl) njegov atomski broj Z jednak je 17. Elektronska konfiguracija je tada 1s22s2sp63S23P5. Orbitale označene crvenom bojom odgovaraju onima valentnog sloja, koji predstavlja razinu 3 otvorenu.

Diferencijalni elektron je posljednji elektron koji se nalazi u elektronskoj konfiguraciji, a atom klora je onaj 3p orbitale, čija je dispozicija sljedeća:

↓  ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Poštujući Hundovo pravilo, prvo ispunite 3p orbitale jednake energije (jedna strelica gore u svakoj orbitali). Drugo, drugi elektroni spajaju se s osamljenim elektronima s lijeva na desno. Diferencijalni elektron je prikazan u zelenom okviru.

Dakle, diferencijalni elektron za klor ima sljedeće kvantne brojeve: (3, 1, 0, -1/2). To jest, "n" je 3; "L" je 1, orbitalna "p"; "M" je 0, jer je "p" orbita medija; i "s" je -1/2, budući da strelica pokazuje prema dolje.

magnezij

Elektronska konfiguracija za atom magnezija je 1s22s2sp63S2, na isti način predstavlja orbitalu i njen valentni elektron:

↓

3S

0

Ovaj put diferencijalni elektron ima kvantne brojeve 3, 0, 0, -1/2. Jedina razlika u ovom slučaju s obzirom na klor je da je kvantni broj "l" 0 jer elektron zauzima "s" orbitalu (3s).

cirkonij

Elektronska konfiguracija za atom cirkonija (prijelazni metal) je 1s22s2sp63S23P64s23d104p65S24d2. Na isti način kao i prethodni slučajevi, prikaz valentnih orbitala i elektrona je sljedeći:

Dakle, kvantni brojevi za diferencijalni elektron označeni zelenom bojom su: 4, 2, -1, +1/2. Ovdje, budući da elektron zauzima drugu orbitalnu "d", on ima kvantni broj "m" jednak -1. Također, budući da strelica pokazuje prema gore, broj okretaja "s" jednak je +1/2.

Nepoznati element

Kvantni brojevi diferencijalnog elektrona za nepoznati element su 3, 2, +2, -1/2. Koji je atomski broj elementa Z? Znajući Z, možete dešifrirati što je element.

Ovaj put, budući da je "n" jednak 3, to znači da je element u trećem razdoblju periodnog sustava, s "d" orbitalama kao valentnim slojem ("l" jednakim 2). Stoga su orbitale predstavljene kao u prethodnom primjeru:

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Kvantni brojevi "m" jednaki +2, i "s" jednaki -1/2, ključevi su za ispravno lociranje diferencijalnog elektrona u zadnjoj 3d orbitali.

Dakle, traženi element ima 3d orbitale10 pun, kao i njegovi unutarnji elektronički slojevi. U zaključku, element je metal cinka (Zn).

Međutim, kvantni brojevi diferencijalnog elektrona ne mogu razlikovati između cinka i bakra, jer potonji također ima pune 3d orbitale. Zašto? Budući da je bakar metal koji nije u skladu s pravilima za punjenje elektrona za kvantne razloge.

reference

  1. Jim Branson (2013). Hundova pravila Preuzeto 21. travnja 2018., s adrese: quantummechanics.ucsd.edu
  2. Predavanje 27: Hundova pravila. Preuzeto 21. travnja 2018., s adrese ph.qmul.ac.uk
  3. Sveučilište Purdue. Kvantni brojevi i elektroničke konfiguracije. Preuzeto 21. travnja 2018. iz: chemed.chem.purdue.edu
  4. Salvat Enciklopedija znanosti. (1968). Fizika Salvat, S.A. Ediciones Pamplona, ​​svezak 12, Španjolska, str. 314-322.
  5. Walter J. Moore. (1963). Fizikalna kemija u čestice i valovi. Četvrto izdanje, Longmans.