Differentielle elektronkvantumnumre, hvordan man ved det og eksempler



den differential elektron eller differentiator er den sidste elektron placeret i sekvensen af ​​den elektroniske konfiguration af et atom. Hvorfor hedder han? For at besvare dette spørgsmål er den grundlæggende struktur af et atom nødvendigt: dets kerne, vakuum og elektroner.

Kernen er et tæt, kompakt aggregat af positive partikler kaldet protoner, og af neutrale partikler kaldet neutroner. Protonerne definerer atomnummeret Z og sammen med neutronerne udgør de atommassen. Et atom kan imidlertid ikke bære kun positive ladninger; Det er derfor, at elektronerne kredser rundt om kernen for at neutralisere det. 

For hver proton, der tilsættes til kernen, integreres således en ny elektron i dets orbitaler for at modvirke den stigende positive ladning. På denne måde er den nye tilsatte elektron, differentialelektronen tæt forbundet med atomnummeret Z.

Differentialelektronen er i det mest eksterne elektroniske lag: valenslaget. Derfor jo længere væk er du fra kernen, desto større er energien forbundet med den. Denne energi er ansvarlig for deres deltagelse såvel som resten af ​​valenselektronerne i de kemiske reaktioner, der er karakteristiske for elementerne.

indeks

  • 1 Kvantum
  • 2 Hvordan man kender differentialelektronen?
  • 3 Eksempler i flere elementer
    • 3.1 chlor
    • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
    • 3,3 magnesium
    • 3,4 ↑ ↓
    • 3,5 zirconium
    • 3.6 Ukendt element
    • 3,7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
  • 4 referencer

Kvantum

Ligesom resten af ​​elektronerne kan differentialelektronen identificeres med sine fire kvante tal. Men hvad er kvante numre? De er "n", "l", "m" og "s".

Kvantumet "n" angiver atomets størrelse og energiniveauerne (K, L, M, N, O, P, Q). "L" er den sekundære kvantetal eller azimutale, der angiver formen af ​​atomorbitaler, og tager værdier på 0, 1, 2 og 3 for orbital "s", "p", "d" og "f" , henholdsvis.

"M" er det magnetiske kvante nummer og angiver orbitalernes rumlige orientering under et magnetfelt. Således 0 for "s" orbitalet; -1, 0, +1, for "p" orbital; -2, -1, 0, +1, +2, for orbitalet "d"; og -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, for "f" -røret. Endelig er kvanteantalet spin "s" (+1/2 for ↑ og -1/2 for ↓).

Derfor har en differentialelektron de tilknyttede tidligere kvante numre ("n", "l", "m", "s"). Fordi det modvirker den nye positive ladning genereret af den ekstra proton, tilvejebringer den også elementets atomnummer Z.

Hvordan man kender differentialelektronen?

I det øvre billede er de elektroniske konfigurationer for elementerne fra hydrogen til neongas (H → Ne) repræsenteret.

I dette indikeres elektronerne af de åbne lag med den røde farve, mens de af de lukkede lag er angivet med den blå farve. Lagene henviser til kvante nummeret "n", den første af de fire.

På denne måde tilføjer valencekonfigurationen af ​​H (↑ rød farve) en anden elektron med modsat orientering for at blive den af ​​He (↓ ↑, begge blå fordi nu niveau 1 er lukket). Denne ekstra elektron er så differentialelektronen.

Således kan det grafisk ses, hvordan differentialelektronen tilføjes til valenslaget (røde pile) af elementerne og differentierer dem fra hinanden. Elektronerne fylder orbitalerne med respekt for Hundens regel og princippet om udelukkelse af Pauling (perfekt observeret fra B til Ne).

Og hvad med kvante tal? Disse definerer hver pil - det vil sige hver elektron - og deres værdier kan bekræftes med den elektroniske konfiguration for at vide om de er differentialelektronen.

Eksempler i flere elementer

chlor

I tilfælde af klor (Cl) er atomnummer Z lig med 17. Den elektroniske konfiguration er derefter 1s22s2sp63S23p5. De orbitaler, der er markeret med rødt, svarer til de af valenslaget, som giver niveau 3 åbent.

Differentialelektronen er den sidste elektron, der er placeret i den elektroniske konfiguration, og chloratom er det for 3p-kredsløbet, hvis disposition er følgende:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respekt Hund's regel, fyld først 3p-orbitalerne af lige energi (en pil op i hver omgang). For det andet parrer de andre elektroner sammen med de ensomme elektroner fra venstre mod højre. Differentialelektronen er repræsenteret i en grøn ramme.

Således har differentialelektronen for chlor de følgende kvantenumre: (3, 1, 0, -1/2). Det vil sige, "n" er 3; "L" er 1, orbital "p"; "M" er 0, fordi det er mediumets "p" kredsløb; og "s" er -1/2, da pilen peger ned.

magnesium

Den elektroniske konfiguration for magnesiumatomet er 1s22s2sp63S2, som repræsenterer orbitalt og dets valenceelektron på samme måde:

↑ ↓

3S

0

Denne gang har differentialelektronen kvante numrene 3, 0, 0, -1/2. Den eneste forskel i dette tilfælde med hensyn til klor er, at kvante nummeret "l" er 0, fordi elektronen indtager en "s" orbital (3'erne).

zirconium

Den elektroniske konfiguration for zirconiumatomet (overgangsmetal) er 1s22s2sp63S23p64s23d104p65S24d2. På samme måde som de foregående tilfælde er repræsentationen af ​​valensorbitalerne og elektronerne som følger:

Således er kvante numrene for differentialelektronen markeret i grønt: 4, 2, -1, +1/2. Her, da elektronen indtager det andet kredsløb "d", har det et kvantal "m" svarende til -1. Også fordi pilen peger op, er dens centrifugeringsnummer "s" lig med +1/2.

Ukendt element

Kvanteantalet af differentialelektronen for et ukendt element er 3, 2, +2, -1/2. Hvad er elementets atomnummer Z? At kende Z kan du dechiffrere hvad der er elementet.

Denne gang, da "n" er lig med 3, betyder det, at elementet er i den tredje periode af det periodiske bord med "d" orbitaler som valenslaget ("l" svarende til 2). Derfor er orbitalerne repræsenteret som i det foregående eksempel:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Kvantetallet "m" svarende til +2 og "s" er lig med -1/2, er nøgler til korrekt lokalisering af differentialelektronen i det sidste 3d orbital.

Således har elementet, der søges, 3D-orbitalerne10 fuld, ligesom sine interne elektroniske lag. Som konklusion er elementet zinkmetal (Zn).

Differentielektronens kvante tal kan imidlertid ikke skelne mellem zink og kobber, fordi sidstnævnte også har fulde 3d orbitaler. Hvorfor? Fordi kobber er et metal, der ikke overholder reglerne for påfyldning af elektroner af kvanteforskrifter.

referencer

  1. Jim Branson (2013). Hunds Regler Hentet den 21. april 2018, fra: quantummechanics.ucsd.edu
  2. Foredrag 27: Hunds regler. Hentet den 21. april 2018, fra: ph.qmul.ac.uk
  3. Purdue University. Kvantumnumre og elektronkonfigurationer. Hentet den 21. april 2018, fra: chemed.chem.purdue.edu
  4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Fysik Salvat, S.A. af Ediciones Pamplona, ​​volumen 12, Spanien, s. 314-322.
  5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi i partikler og bølger. Fjerde udgave, Longmans.