DIFERENCIALINIS ELEKTRONAS: KVANTINIAI SKAIČIAI IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA

Skirtumas arba diferencijuoti elektronų yra paskutinis elektronų dedamas į elektronų konfigūracijos atomo seka. Koks jo vardas? Norint atsakyti į šį klausimą, būtina pagrindinė atomo struktūra: jo branduolys, vakuumas ir elektronai.

Branduolys yra tankus ir kompaktiškas teigiamų dalelių, vadinamų protonais, ir neutralių dalelių, vadinamų neutronais, visuma. Protonai nusako atominį skaičių Z ir kartu su neutronais sudaro atominę masę. Tačiau atomas negali turėti tik teigiamų užtaisų; todėl elektronai skrieja aplink branduolį, kad jį neutralizuotų.

Taigi, kiekvienam protonui, prisijungusiam prie branduolio, naujas orbitas prisijungia prie jo orbitų, kad neutralizuotų didėjantį teigiamą krūvį. Tokiu būdu naujai pridėtas elektronas, diferencinis elektronas, yra glaudžiai susijęs su atomo skaičiumi Z.

Diferencinis elektronas yra atokiausiame elektroniniame apvalkale: valentinis apvalkalas. Todėl kuo toliau esate nuo branduolio, tuo didesnė su juo susijusi energija. Būtent ši energija ir yra atsakinga už jų, kaip ir likusių valentinių elektronų, dalyvavimą būdingose cheminėse elementų reakcijose.

Kvantiniai skaičiai

Kaip ir likusius elektronus, diferencialinis elektronas gali būti atpažįstamas iš keturių jo kvantinių skaičių. Bet kas yra kvantiniai skaičiai? Jie yra „n“, „l“, „m“ ir „s“.

Kvantinis skaičius „n“ žymi atomo dydį ir energijos lygius (K, L, M, N, O, P, Q). «L» yra antrinis arba azimutinis kvantinis skaičius, kuris nurodo atominių orbitų formą ir užima 0, 1, 2 ir 3 reikšmes orbitalėms «s», «p», «d» ir «f». , atitinkamai.

"M" yra magnetinis kvantinis skaičius ir rodo orbitų erdvinę orientaciją po magnetiniu lauku. Taigi 0 už orbitalės «s»; -1, 0, +1, už „p“ orbitalę; -2, -1, 0, +1, +2, už „d“ orbitalę; ir -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, už „f“ orbitalę. Galiausiai sukasi kvantinis skaičius «s» (+1/2, kai ↑, ir -1/2, jei ↓).

Todėl diferencialinis elektronas susiejo ankstesnius kvantinius skaičius ("n", "l", "m", "s"). Kadangi tai neutralizuoja naują teigiamą krūvį, kurį sukuria papildomas protonas, jis taip pat pateikia elemento atominį skaičių Z.

Kaip žinoti diferencialinį elektroną?

Aukščiau pateiktas paveikslėlis parodo elementų elektronų konfigūraciją nuo vandenilio iki neono dujų (H → Ne).

Čia atvirų apvalkalų elektronai žymimi raudona spalva, o uždarų apvalkalų elektronai - mėlyna spalva. Sluoksniai nurodo kvantinį skaičių „n“, pirmąjį iš keturių.

Tokiu būdu H valentinė konfigūracija (↑ raudona) prideda dar vieną elektroną su priešinga orientacija ir tampa He (↓ ↑, abu mėlyni, nes dabar 1 lygis uždarytas). Tada pridėtas elektronas yra diferencinis elektronas.

Taigi, grafiškai galima pamatyti, kaip diferencialinis elektronas prideda prie elementų valentinės apvalkalo (raudonos rodyklės), atskirdamas juos vienas nuo kito. Elektronai užpildo orbitus laikydamiesi Hundo taisyklės ir Paulingo atskirties principo (puikiai stebimi nuo B iki Ne).

O kaip kvantiniai skaičiai? Jie apibūdina kiekvieną rodyklę - tai yra kiekvieną elektroną - ir jų reikšmes galima patvirtinti elektronų konfigūracija, kad žinotumėte, ar jie yra diferencinio elektrono, ar ne.

Kelių elementų pavyzdžiai

Chloras

Chloro (Cl) atveju jo atominis skaičius Z yra lygus 17. Tada elektronų konfigūracija yra 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Raudonai pažymėtos orbitalės atitinka valentinio apvalkalo, kurio atviro lygio 3 lygis yra.

Diferencinis elektronas yra paskutinis elektronas, įdėtas į elektronų konfigūraciją, o chloro atomas yra tas, kuris yra 3p orbitalėje, kurios išdėstymas yra toks:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Laikantis Hundo taisyklės, pirmiausia užpildomos 3p vienodos energijos orbitalės (rodyklė aukštyn kiekvienoje orbitoje). Antra, kiti elektronai poruojasi su vienišais elektronais iš kairės į dešinę. Diferencinis elektronas pavaizduotas žaliame rėme.

Taigi chloro diferencialinis elektronas turi tokius kvantinius skaičius: (3, 1, 0, -1/2). Tai yra, "n" yra 3; "L" yra 1, orbitinė "p"; "M" yra 0, nes tai yra vidurinė "p" orbita; ir "s" yra -1/2, nes rodyklė nukreipta žemyn.

Magnis

Magnio atomo elektronų konfigūracija yra 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , vienodai atspindinčią orbitos ir jos valentų elektronus:

↑ ↓

Šį kartą diferencialinis elektronas turi kvantinius skaičius 3, 0, 0, -1/2. Vienintelis skirtumas tarp chloro šiuo atveju yra tas, kad kvantinis skaičius «l» yra 0, nes elektronas užima orbitalės «s» (3s).

Cirkonis

Cirkonio (pereinamojo metalo) atomo elektronų konfigūracija yra 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . Kaip ir ankstesniais atvejais, orbitalės ir valentiniai elektronai pavaizduoti taip:

Taigi, žaliąja spalva pažymėto diferencinio elektrono kvantiniai skaičiai yra: 4, 2, -1, +1/2. Kadangi elektronas užima antrąją „d“ orbitą, jo kvantinis skaičius „m“ yra lygus -1. Be to, kadangi rodyklė nukreipta į viršų, jos sukimosi skaičius „s“ yra lygus +1/2.

Nežinomas elementas

Diferencialiniai nežinomų elementų elektronų kvantiniai skaičiai yra 3, 2, +2, -1/2. Koks yra elemento atominis skaičius Z? Žinodami Z, galite išsiaiškinti, kas yra elementas.

Šį kartą, kadangi „n“ yra lygus 3, tai reiškia, kad elementas yra trečiajame periodinės lentelės laikotarpyje, o „d“ orbitalės yra valentinės apvalkalo vertės („l“ yra lygios 2). Todėl orbitos pavaizduotos kaip ir ankstesniame pavyzdyje:

↑ ↓

Kvantiniai skaičiai „m“, lygus +2, ir „s“, lygus –1 / 2, yra pagrindiniai norint teisingai nustatyti diferencinį elektroną paskutinėje 3D orbitoje.

Taigi ieškomas elementas turi visas 3d ¹⁰ orbitų , taip pat jo vidinius elektroninius apvalkalus. Apibendrinant, elementas yra metalinis cinkas (Zn).

Tačiau diferencinio elektrono kvantiniai skaičiai negali atskirti cinko ir vario, nes pastarasis elementas taip pat turi visas 3D orbitalės. Kodėl? Nes varis yra metalas, neatitinkantis elektronų pildymo taisyklių dėl kvantinių priežasčių.

Nuorodos

Džimas Bransonas. (2013). Hundo taisyklės. Gauta 2018 m. Balandžio 21 d. Iš: quantummechanics.ucsd.edu
27 paskaita: Hundo taisyklės. Gauta 2018 m. Balandžio 21 d. Iš: ph.qmul.ac.uk
Purdue universitetas. Kvantiniai skaičiai ir elektronų konfigūracija. Gauta 2018 m. Balandžio 21 d. Iš: chemed.chem.purdue.edu
„Salvat“ mokslų enciklopedija. (1968). „Física Salvat“, SA de Ediciones Pamplona, 12 tomas, Ispanija, 314–322 puslapiai.
Walteris J. Moore'as. (1963). Fizikinė chemija. Dalelėse ir bangose. Ketvirtasis leidimas, Longmansas.

DIFERENCIALINIS ELEKTRONAS: KVANTINIAI SKAIČIAI IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025