Differensialelektronkvantum, Hvordan å vite det og eksempler

den differensialelektron eller differensiatoren er den siste elektronen plassert i sekvensen av den elektroniske konfigurasjonen av et atom. Hvorfor heter han? For å svare på dette spørsmålet er det grunnleggende struktur for et atom nødvendig: dens kjernekraft, vakuum og elektroner.

Kjernen er en tett og kompakt aggregat av positive partikler kalt protoner og nøytrale partikler som kalles nøytroner. Protonene definerer atomnummeret Z, og sammen med nøytronene utgjør de atommassen. Et atom kan imidlertid ikke bære bare positive ladninger; Det er derfor elektronene bane rundt kjernen for å nøytralisere det. 

For hvert proton som legges til kjernen, blir således et nytt elektron innlemmet i dets orbitaler for å motvirke den økende positive ladning. På denne måten er den nye tilsatte elektronen, differensialelektronen, nært knyttet til atomnummeret Z.

Differensialelektronen er i det mest eksterne elektroniske laget: valenslaget. Derfor jo lengre unna er du fra kjernen, desto større er energien forbundet med den. Denne energien er ansvarlig for deres deltakelse, så vel som resten av valenselektronene, i de kjemiske reaksjonene som er karakteristiske for elementene.

index

• 1 Kvantum
• 2 Hvordan kjenne differenselektronen?
• 3 Eksempler i flere elementer
  • 3.1 Klor
  • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3,3 magnesium
  • 3,4 ↑ ↓
  • 3,5 zirkonium
  • 3.6 Ukjent element
  • 3,7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
• 4 referanser

Kvantum

I likhet med resten av elektronene kan differensialelektronen identifiseres med sine fire kvante tall. Men hva er kvante tallene? De er "n", "l", "m" og "s".

Kvantumet "n" angir atomens størrelse og energinivåene (K, L, M, N, O, P, Q). "L" er det sekundære eller azimutale kvantumet som indikerer formen av atomorbitaler, og tar verdier på 0, 1, 2 og 3 for orbitalerne "s", "p", "d" og "f" , henholdsvis.

"M" er det magnetiske kvante nummeret og indikerer orkanalens romlige orientering under et magnetfelt. Dermed 0 for "s" orbital; -1, 0, +1, for "p" -banen; -2, -1, 0, +1, +2, for orbitalet "d"; og -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, for "f" -kretsen. Til slutt, kvantetallet av spin "s" (+1/2 for ↑ og -1/2 for ↓).

Derfor har en differensialelektron de tilknyttede tidligere kvante tallene ("n", "l", "m", "s"). Fordi den motvirker den nye positive ladningen som genereres av den ekstra proton, gir den også elementets atomnummer Z.

Hvordan kjenne differensialelektronen?

I det øvre bildet er de elektroniske konfigurasjonene for elementene fra hydrogen til neongass (H → Ne) representert.

I denne blir elektronene i de åpne lagene indikert med rød farge, mens de lukkede lag er angitt med blå farge. Lagene refererer til kvantetallet "n", den første av de fire.

På denne måten legger valenskonfigurasjonen av H (↑ med rød farge) til en annen elektron med motsatt orientering for å bli den av Han (↓ ↑, begge blå fordi nå nivå 1 er stengt). Denne ekstra elektronen er da differensialelektronen.

Dermed kan grafisk det observeres hvordan differensialelektronen legges til valenslaget (røde piler) av elementene, som skiller dem fra hverandre. Elektronene fyller orbitaler som respekterer Hundens regel og prinsippet om utelukkelse av Pauling (helt observert fra B til Ne).

Og hva med kvante tall? Disse definerer hver pil - det vil si hver elektron - og deres verdier kan bekreftes med den elektroniske konfigurasjonen for å vite hvorvidt de er differensialelektronen.

Eksempler i flere elementer

klor

For tilfelle av klor (Cl) er atomnummer Z lik 17. Den elektroniske konfigurasjonen er da 1s²2s²sp⁶3S²3p⁵. Orbitaler merket med rødt, samsvarer med de av valenslaget, som viser nivå 3 åpen.

Differensialelektronen er den siste elektronen som er plassert i den elektroniske konfigurasjonen, og kloratomet er det for 3p-bane, hvis disposisjon er følgende:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respekt hundens regel, fyll først 3p-orbitalene av lik energi (en pil opp i hver omgang). For det andre parrer de andre elektronene sammen med de ensomme elektronene fra venstre til høyre. Differensialelektronen er representert i en grønn ramme.

Dermed har differensialelektronen for klor følgende kvante tall: (3, 1, 0, -1/2). Det vil si at "n" er 3; "L" er 1, orbital "p"; "M" er 0, fordi det er "p" orbital av mediet; og "s" er -1/2, siden pilen peker ned.

magnesium

Den elektroniske konfigurasjonen for magnesiumatomet er 1s²2s²sp⁶3S², som representerer orbitalt og dets valenselektron på samme måte:

↑ ↓

3S

0

Denne gangen har differensialelektronen kvante tallene 3, 0, 0, -1/2. Den eneste forskjellen i dette tilfellet med hensyn til klor er at kvante nummeret "l" er 0 fordi elektronen har en "s" orbital (3s).

zirkonium

Den elektroniske konfigurasjonen for zirkoniumatomet (overgangsmetall) er 1s²2s²sp⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². På samme måte som forrige tilfeller er representasjonen av valensorbitaler og elektroner som følger:

Kvantumstallene for differensialelektronen merket i grønt er således: 4, 2, -1, +1/2. Her, siden elektronen opptar det andre orbitalet "d", har det et kvantum "m" lik -1. Dessuten, fordi pilen peker opp, er dens rotasjonsnummer "s" lik +1/2.

Ukjent element

Kvantumene til differensialelektronen for et ukjent element er 3, 2, +2, -1/2. Hva er elementets atomnummer Z? Å vite Z kan du tyde på hva som er elementet.

Denne gangen, siden "n" er lik 3, betyr det at elementet er i den tredje perioden av det periodiske tabellen, med "d" orbitaler som valenslaget ("l" tilsvarer 2). Derfor er orbitaler representert som i forrige eksempel:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Kvantumene "m" som er lik +2 og "s" tilsvarer -1/2, er nøkler for riktig å finne differensialelektronen i den siste 3d-orbitale.

Dermed er elementet som er søkt, 3d-orbitalene¹⁰ full, akkurat som sine interne elektroniske lag. Til slutt er elementet sinkmetall (Zn).

Imidlertid kan kvante tallene til differensialelektronen ikke skille mellom sink og kobber, fordi sistnevnte også har fulle 3d orbitaler. Hvorfor? Fordi kobber er et metall som ikke overholder reglene for fylling av elektroner av kvante årsaker.

referanser

1. Jim Branson (2013). Hundens regler Hentet 21. april 2018, fra: quantummechanics.ucsd.edu
2. Foredrag 27: Hunds regler. Hentet 21. april 2018, fra: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue University. Kvantum og elektronkonfigurasjoner. Hentet 21. april 2018, fra: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Fysikk Salvat, S.A. av Ediciones Pamplona, ​​volum 12, Spania, s. 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kjemi i partikler og bølger. Fjerde utgave, longmans.